Functiile caspazelor
III.2.4.1.Functiile caspazelor 1, 11 si 5
Nivelul cunostintelor actuale sugereaza ca extinderea clasei caspazelor la organismele superioare poate sa reflecte nevoia de crestere a specializarii semnalizarii celulare īn apoptoza.Studiile facute pe soareci au furnizat informatii esentiale cu privire la structura si functtile specifice a diferitelor caspaze.
Studiile soarecilor cu deficienta īn caspaza 1 si 11 au condus la o buna īntelegere a functiilor lor specifice.Deletia caspazei 1 nu a aratat efecte negative asupra dezvoltarii normale a organismului iar fibroblastele embrionare si timocitele izolate la acesti indivizi au prezentat sensibilitate maxima la diferiti stimuli apoptozici.Indivizii fara caspaza 1 totusi prezinta diferite defecte īn sinteza si secretia citokinelor inflamatorii IL-1β si IL-18 precum si rezistenta la socul septic, fapt ce este īn concordanta cu rolul atribuit initial caspazei 1 de enzima procesoare a IL-1β. De asemenea, din motive necunoscute si secretia (dar nu si sinteza) de IL-1α este inhibata in absenta caspazei 1.Cel mai probabil caspaza 1 reprezinta o tinta din aval a caspazei 11.Expresia unei caspaze 1 mutante la un soarece transgenic, a inhibat secretia de IL-1β iar neuronii acestor soareci sunt partial rezistenti la moarte celulara indusa prin privarea de factori trofici in vitro si daune cerebrale ischemice in vivo.
Caspaza 11 murinica este foarte asemanatoare cu caspaza 1.Indivizii deficienti īn caspaza 11 au o dezvoltare normala dar prezinta rezistenta la soc endotoxic, lipsa activarii caspazei 1 si a secretiei de IL-1β desi caspaza 11 nu intervine īn mod direct īn procesarea pro-IL-1β. Aceste date demonstreaza clar rolul crucial al caspazei 11 īn activarea caspazei 1.Caspaza 11 si omoloaga sa la om, caspaza 5 formeaza un complex cu caspaza 1 si care reprezinta o etapa importanta īn procesul de mediere a activarii caspazei 1.Dar totusi nu exista dovezi concrete īn vivo sau in vitro care sa ateste faptul ca caspaza 5 sau caspaza 11 ar activa caspaza 1 īn mod direct prin clivare proteolitica.Īn mod contrar, s-a aratat ca caspaza 11 activeaza caspaza 3 direct prin clivare proteolitica.
III.2.4.2.Functiile caspazei 2
Caspaza 2 desi face parte din grupul caspazelor de initiere, aceasta prezinta si o serie de caracteristici comune cu cele ale caspazelor efectoare, fiind una dintre cele mai inselatoare caspaze din aceasta clasa de enzime.
Aceasta prezinta un prodomeniu lung, se activeaza timpuriu ca raspuns la o varietate de stimuli apoptozici precum si interactiunea sa cu Fas mediata de RAIDD sugereaza rolul sau de caspaza de initiere.Pe de alta parte ea poate fi activata de caspaze de executie din aval precum caspaza 3, dar si preferinta sa pentru substrat este de asemenea caracteristica caspazelor efectoare.
O caracteristica interesanta a sa este localizarea intracelulara la nivelul nucleului si a aparatului Golgi.Transferul sau īn nucleu este mediat de doua semnale de localizare nucleara prezente īn prodomeniu.Rolul acestei rezerve nucleare de caspaza 2 nu este cunoscut.Īn aparatul Golgi īnsa aceasta are rol īn fragmentarea acestui organit īn timpul apoptozei prin clivarea proteinei structurale golgina-160.Prin urmare aceasta contribuie la realizarea unor fenomene apoptozice specifice organitelor.
Prin utilizarea diferitelor metode de inhibare a expresiei caspazei 2 in vitro s-au evidentiat cāteva roluri ale acesteia īn procesul de moarte celulara cum ar fi: privarea de factori neurotrofici a neuronilor simpatici, apoptoza indusa de Aβ īn neuronii hipocampici si moartea celulara mediata de Fas īn limfocite.
Organismele private de caspaza 2 sunt totusi viabile iar celulele fara caspaza 2 prezinta o initiere normala a procesului de apoptoza ca raspuns la diferiti stimuli.
Singurele dereglari apoptozice observate īn lipsa acestei caspaze sunt excesul de celule germinative īn ovarele femelelor mutante, rezistenta oocitelor la inducerea apoptozei prin substante chemoterapeutice si o mortalitate scazuta a limfocitelor tratate cu granzima B.
Absenta defectelor apoptozice specifice neuronilor īn lipsa caspazei 2 poate fi explicata prin existenta mecanismelor compensatorii īn care functiile caspazei 2 pot fi preluate de caspaza 9 la neuronii simpatici cu deficienta īn caspaza 2.
III.2.4.3.Functiile caspazelor 3, 6 si 7
Aceste 3 caspaze foarte asemanatoare formeaza subclasa caspazelor efectoare.Analiza apoptozei īn celulele MFC-7 carora le lipseste caspaza 3 a aratat ca aceasta este indispensabila pentru activarea degradarii ADN-ului intranucleosomal mediata de CAD sau DFF40.
De asemenea soarecii cu deficienta de caspaza 3 sunt mai mici decāt cei normali iar majoriatea mor īn faza prenatala datorita lipsei apoptozei.
Analiza mortii celulare la nivelul mai multor celule izolate de la diferite specii de animale cu deficienta īn caspaza 3 au aratat inhibitia completa a unora din caracteristicile apoptozei cum ar fi basicarea membranei, degradarea ADN-ului, fragmentare nucleara,etc.Experimente asupra unor sisteme apoptozice fara celule efectuate in vitro au aratat ca lipsa caspazei 3 a inhibat majoritatea reactiilor din aval, incluzānd clivarea diferitelor substrate, fragmentarea ADN-ului, marginalizarea cromatinei,etc īn timp ce eliminarea caspazelor 6 sau 7 nu a provocat nici-un efect.Acesta este o dovada ca caspaza 3 este importanta pentru executia anumitor evenimente din apoptoza dar nu toate.Īn contrast cu caspaza 3, caspazele 6 si 7 nu au functii specializate importante.Acest lucru arata ca nici una din caspazele efectoare nu detine un control total asupra executiei tuturor aspectelor ale apoptozei.Explicatia consta īn faptul ca caspazele de executie īndeplinesc roluri distincte īn anumite cai cum este rolul caspazei 7 īn calea R.E. dar īn acelasi timp ele au si roluri majore īn evenimentele apoptozice generale astfel īncat ar fi necesara eliminarea a toate trei pentru a se putea observa o inhibitie totala a proceselor apoptozice.
Dintre caspazele efectoare caspaza 3 joaca un rol principal datorita abundentei mecanismelor compensatorii existente care intra īn functiune īn cazul lipsei caspazei "primare", permitand astfel evenimentelor succesive sa aiba loc.
activitatea caspazei 3 poate fi preluata de caspaza 8
inactivarea caspazei 9 poate duce la inactivarea caspazei 3 si 6 dar nu si a caspazei 7
caspaza 9 poate inlocui caspaza 2
deletia caspazelor 3 si 9 duce la activarea compensatorie a caspazelor 7 si 6, etc.
III.2.4.4.Funtiile caspazei 8
Proprietatile caspazei 8 sunt foarte bine caracterizate iar rolul sau de vārf īn moartea celulara a fost bine stabilit prin studii de biochimie si de biologie celulara.De exemplu celulele de Jurkat cu deficienta de caspaza 8 sunt complet rezistente la apoptoza indusa de Fas si TRAIL-R2 si partial rezistente la apoptoza indusa de TNFα.Inactivarea caspazei 8 īn celulele de Jurkat e posibil sa nu previna moartea celulara indusa de receptori ai mortii dar poate schimba balanta catre cai neapoptozice de moarte celulara programata (Kawahara et al., 1998; Holler et al., 2000; Matsumura et al., 2000).
La soareci deficienta de caspaza 8 produce moartea īn a 11-a zi embrionara prezentānd o dezvoltare incompleta a muschilor cardiaci si hemoragie abdominala.De asemenea soarecii cu deficienta de FADD prezinta fenotip asemanator ceea ce sugereaza ca caile de semnalizare a receptorilor mortii au un rol esential īn dezvoltarea musculaturii inimii si īn hematopoeza.Deficienta de FADD mai blocheaza si activarea celulelor T si dezvoltarea celulelor B dar studii asemanatoare nu au fost posibile īn cazul caspazei 8 datorita letalitatii embrionare timpurie.La oameni a fost descoperita o deficienta de caspaza 8 la persoane cu sindrom imunodeficitar.Indivizii cu mutatii homozigote ale caspazei 8 nu prezentau doar defecte ale apoptozei limfocitare, caracteristica sindromului autoimun limfoproliferativ dar si defecte īn activarea celulelor T si B ceea ce duce la imuno deficienta.
Toate acestea sugereaza dublul rol al caspazei 8 īn reglari pozitive si negative a raspunsului imun in vivo.
III.2.4.5.Functiile caspazei 9
III.2.4.6.Functiile caspazei 10
Caspaza 10 este foarte asemanatoare cu caspaza 8 si este de asemenea activata de catre receptori ai mortii.S-a observat ca mutatii ale caspazei 10 umane sunt asociate din punct de vedere genetic cu sindromul autoimun ALPS, tipul II caracterizat prin homeostazie anormala a limfocitelor si a celulelor dendritice cauzata de semnalizarea defectuoasa a FasL/Fas.Deoarece asemenea alele mutante ale caspazei 10 codifica proteine cu activitate enzimatica scazuta, caspaza 10 probabil ca īndeplineste un rol important īn semnalizarea apoptozei la nivelul receptorilor cel putin īn anumite celule in vivo, desi pīna īn prezent studiile in vitro nu au confirmat acest lucru.Caspaza 10 are efect inhibitor asupra tumorilor, observandu-se numeroase mutatii ale acestei enzime īn anumite tumori.
III.2.4.7.Functiile caspazei 12
Rolul si functiile sale sunt foarte putin cunoscute.Este localizata la nivelul reticulului endoplasmatic, un lucru unic printre caspaze.Dezvoltarea indivizilor deficienti īn caspaza 12 este normala dar absenta acesteia confera celulelor rezistenta la inducerea mortii celulare la nivelul reticulului endoplasmatic atīt in vivo cīt si in vitro.Aceasta atesta faptul ca caspaza 12 este un senzor specific al perturbarii R.E.Citotoxicitatea este de asemenea atenuata la nivelul neuronilor corticali deficienti īn caspaza 12, aratānd rolul R.E. īn boala Alzheimer (Nakagawa et al.,2000).
III.2.4.8.Functiile caspazei 14
Aceasta nu are nici un rol īn procesul de moarte celulara.Se gasesse doar īn epitelii simple si complexe, spre deosebire de celelalte care sunt raspīndite īn tot organismul.Cercetarile au aratat ca caspaza 14 este indusa transcriptional la sfīrsitul diferentierii keratinocitelor dar si datorita unei densitati mari a celulelor precum si datorita desprinderii din matrixul extracelular.Toate studiile efectuate pīna īn prezent au aratat ca functiile sale nu au nici o legatura cu apoptoza.
|
