「カスパーゼ」の版間の差分

DOI：<selfdoi />　原稿受付日：2015年5月7日　原稿完成日：2015年X月XX日<br>

　カスパーゼは、[[ヒト]][[単球細胞]]からクローニングされた[[インターロイキン1β|インターロイキン1 (IL-1)β]]を成熟・分泌させる変換酵素[[ICE]] ([[interleukin 1β-converting enzyme]])遺伝子と、線虫''C. elegans''の全ての細胞死を実行する遺伝子[[ced-3]]と相同性を持つ一群の細胞内[[プロテアーゼ]]である。基質を限定的に切断し、タンパク質の成熟、活性化、不活性化を引きおこす<ref name=ref1 />。これまでに1000以上の基質が知られている。カスパーゼが活性化されるとそれに引き続いてアポトーシスに特徴的な形態変化や分子の動きが見られるようになる。カスパーゼ基質の中にはアポトーシスに特徴的な核凝縮・DNAの断片化促進に関わる[[ICAD]] ([[inhibitor of caspase activated DNase]])<ref name=ref2><pubmed>9422513</pubmed></ref>、アポトーシス細胞膜上に[[フォスファチジルセリン]]（PS）が露出することに関わる[[スクランブラーゼ]][[Xkr8]]<ref name=ref3><pubmed>23845944</pubmed></ref>、PSの非対称性を制御する[[フリッパーゼ]][[ATP11C]]<ref name=ref4><pubmed>24904167</pubmed></ref>、アポトーシスに特徴的な細胞の形態変化に関わるキナーゼ[[ROCK-1]]<ref name=ref5><pubmed>11283606</pubmed></ref>が含まれ、アポトーシス時の細胞変化を引き起こすプロテアーゼであることが判る<ref name=ref1 />。

　[[哺乳類]]では18種が知られている<ref name=ref6><pubmed>18281271</pubmed></ref>。[[ヒト]]からは[[カスパーゼ1]]〜[[カスパーゼ10|10]]、[[カスパーゼ12|12]]と[[カスパーゼ14|14]]の12種類がクローニングされた。ヒトカスパーゼ12はエキソン4に終止コドンがあって分断されたタンパク質しかできないものに加え、全長型のタンパク質ができる遺伝子多型が報告されている。[[マウス]]カスパーゼ12は[[小胞体ストレス]]によって活性化される。マウス[[カスパーゼ11]]はヒト[[カスパーゼ4]]あるいは[[カスパーゼ5|5]]と似ている。カスパーゼ1サブファミリー（カスパーゼ1、4、5、11、12）は遺伝子重複でできたと考えられ染色体上に連続して存在する<ref name=ref7><pubmed>14685161</pubmed></ref>。[[線虫]]には[[CED-3]]を含めて4種<ref name=ref8><pubmed>9857046</pubmed></ref>、[[ショウジョウバエ]]には7種がゲノム中に存在する<ref name=ref9><pubmed>11139276</pubmed></ref>。

　カスパーゼは基質の切断部位P1にアスパラギン酸を要求する特徴的なシステインプロテアーゼである（Cはシステインプロテアーゼ、aspaseはアスパラギン酸の後で切断するという特徴を示している）。全てのカスパーゼは前駆体（プロカスパーゼ）として[[翻訳]]される。前駆体の酵素活性は非常に低い。N末端からプロドメイン、P20、P10をコードするサブユニットからなるが、プロドメインの構造と基質特異性からカスパーゼはサブタイプに分類することができる。短いプロドメインを持つ[[細胞死]]実行[[カスパーゼ3]]、[[カスパーゼ6|6]]、[[カスパーゼ7|7]]は、長いプロドメインを持つイニシエーターカスパーゼ（[[カスパーゼ2]]、[[カスパーゼ8|8]]、[[カスパーゼ9|9]]、[[カスパーゼ10|10]]）によって切断されて活性化される<ref name=ref1><pubmed>14634618</pubmed></ref>。細胞死実行カスパーゼは酵素活性が強く、活性化されると様々な基質を切断して細胞死を実行する。

　[[Fas]]や[[TNF受容体]]に代表される細胞死誘導リガンドに対する受容体を介した細胞死では、リガンドの結合によって受容体の多量体化がおこり、受容体の細胞質領域にある[[細胞死ドメイン]]（[[death domain]]）にアダプタータンパク質と[[プロカスパーゼ8]]がリクルートされて活性化される。このリガンドの結合によって作られる受容体直下の複合体は[[DISC]] ([[death inducing signaling complex]])と呼ばれる。[[FADD]]はC末端の細胞死ドメインで受容体と結合し、N末端の[[DED]] ([[death effector domain]])でプロカスパーゼ8のDEDと結合する。凝集したプロカスパーゼ8は活性化型に変換し、プロカスパーゼ3を切断し活性化する。カスパーゼ8がプロカスパーゼ3を直接活性する細胞を1型細胞と呼ぶことがある。これに対し2型細胞と呼ばれる細胞では、活性化したカスパーゼ8がBH3-onlyファミリー [[Bid]]を切断し、切断された Bid (tBid)がミトコンドリア膜上にある[[Bax]]、[[Bak]]を凝集させてシトクロムcのミトコンドリアからの放出を促し、Apaf-1/カスパーゼ9/カスパーゼ3経路（上記ミトコンドリア経路）を活性化する<ref name=ref1 />。

　カスパーゼ3、9、あるいはその活性化因子Apaf-1のノックアウトマウスは129系統において神経管閉鎖不全をともなう外脳症を発症する。神経管閉鎖時の細胞死動態を生体イメージングで解析した結果、アポトーシスが抑制された胚では神経管閉鎖速度が減少し、神経管閉鎖後に見られる脳室の拡大が、その時期になってもおきない。発生では一連の形態形成運動が適切なタイミングでおこることが必要であり、神経管閉鎖遅延が脳の形態異常の初期変化をもたらす原因と考えられる<ref name=ref44><pubmed>25710534</pubmed></ref>。

　ショウジョウバエにおける生体イメージングによる観察から、外感覚器前駆細胞（sensory organ precursor: SOP）が作られる時に分化に失敗した細胞がある頻度で出現するが、そのような細胞は選択的にアポトーシスによって除去されることが示されている<ref name=ref44><pubmed>25710534</pubmed></ref>。

　カスパーゼ1はIL-1βやIL-18といった直接基質となる[[サイトカイン]]の成熟・分泌に関わるだけではなく、[[bFGF]]のようなシグナル配列を持たないシグナル因子の分泌にも関わることが報告されている。カスパーゼは細胞内での局所的な活性化や、一過性の活性化によってアポトーシス実行から回避されることで、[[細胞分化]]、[[細胞移動|移動]]、[[細胞増殖|増殖]]、細胞形態形成、[[シナプス]]機能調節といった様々な生命現象に関わっている<ref name=ref15><pubmed>25526085</pubmed></ref>。

　他にもショウジョウバエ変態期には、神経細胞の一部を除去することで神経系の再編成がおこる。樹状突起の刈り込みは樹状突起局所でのカスパーゼ活性化によって細胞死を伴わないで実行される<ref name=ref44><pubmed>25710534</pubmed></ref>。樹状突起分岐形成に関しても、分岐点局所でのカスパーゼ活性が関与することがゼブラフィッシュで報告されている<ref name=ref44><pubmed>25710534</pubmed></ref>。哺乳類神経系において、網膜神経節細胞が外側膝状体に投射する際に軸索の刈り込みがおこるが、このプロセスにもカスパーゼが関わる可能性が示されている。

 

　シナプス形成や機能とカスパーゼとの関連も報告されている。マウス嗅覚神経のシナプス成熟にカスパーゼ活性が関与することが示された<ref name=ref44><pubmed>25710534</pubmed></ref>。キンカチョウの歌学習時には後シナプス終末でのカスパーゼ活性化がおこり、その阻害によって長期記憶形成が抑制される<ref name=ref45><pubmed>17178408</pubmed></ref>。哺乳類では長期抑制（LTD）とAMPA受容体の内在化にカスパーゼ3の活性が使われている<ref name=ref46><pubmed>20510932</pubmed></ref>。

 

 

 

　神経変性疾患の発症とカスパーゼとの関連も多く調べられている<ref name=ref47><pubmed>22796265</pubmed></ref>。ハンチントン舞踏病患者およびそのマウスモデルにおいて、ポリグルタミン鎖の伸長したhuntingtinは カスパーゼによって切断を受ける。そしてhuntingtin切断断片が毒性を発揮することが示されている。アルツハイマー病の発症に関わるアミロイド前駆体蛋白質（APP）はカスパーゼ3で切断され、この切断されたAPPはアミロイド形成しやすいAβ42への切断が促進される。また、カスパーゼ3で切断されたC末端断片が細胞内で毒性をもつことも示されている。