Caspase: estrutura, tipos e funções - Ciência - 2023

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As caspases são proteínas efetoras da morte celular programada ou via de apoptose. Eles pertencem a uma família de proteases altamente conservadas dependentes de cisteína e específicas do aspartato, de onde vem seu nome.

Eles empregam um resíduo de cisteína em seu sítio ativo como um nucleófilo catalítico para clivar substratos protéicos com resíduos de ácido aspártico em suas estruturas e esta função é crucial para a execução do programa apoptótico.

A apoptose é um evento muito importante em organismos multicelulares, pois desempenha um papel importante na manutenção da homeostase e integridade do tecido.

O papel das caspases na apoptose contribui para os processos críticos de homeostase e reparo, bem como a clivagem de componentes estruturais que resultam no desmantelamento ordenado e sistemático da célula moribunda.

Essas enzimas foram descritas pela primeira vez em C. elegans e então os genes relacionados foram encontrados em mamíferos, onde suas funções foram estabelecidas por meio de diferentes abordagens genéticas e bioquímicas.

Estrutura

Cada caspase ativa deriva do processamento e autoassociação de duas pró-caspases zimogênicas precursoras. Esses precursores são moléculas tripartidas com atividade catalítica "latente" e peso molecular variando de 32 a 55 kDa.

As três regiões são conhecidas como p20 (grande domínio central interno de 17-21 kDa e contendo o sítio ativo da subunidade catalítica), p10 (domínio C-terminal de 10-13 kDa também conhecido como pequena subunidade catalítica) e domínio DD. (domínio de morte, 3-24 kDa, localizado no terminal N).

Em algumas pró-caspases, os domínios p20 e p10 são separados por uma pequena sequência de espaçamento. Os domínios pró-morte ou DD na extremidade N-terminal têm 80-100 resíduos que constituem os motivos estruturais da superfamília envolvida na transdução de sinais apoptóticos.

O domínio DD, por sua vez, é dividido em dois subdomínios: o domínio efetor de morte (DED) e o domínio de recrutamento de caspases (CARD), que são formados por 6-7 hélices α-anfipáticas antiparalelas que interagem com outras proteínas por meio de interações eletrostáticas ou hidrofóbicas.

As caspases possuem muitos resíduos conservados que são responsáveis pelo estabelecimento geral da estrutura e sua interação com ligantes durante a montagem e processamento de zimógenos, bem como com outras proteínas regulatórias.

Pró-caspases 8 e 10 possuem dois domínios DED arranjados em tandem dentro de seu pró-domínio. Pró-caspases 1, 2, 4, 5, 9, 11 e 12 possuem um domínio CARD. Ambos os domínios são responsáveis pelo recrutamento das caspases iniciadoras para os complexos que induzem a morte ou inflamação.

Ativação

Cada pró-caspase é ativada respondendo a sinais específicos e por processamento proteolítico seletivo em resíduos de ácido aspártico específicos. O processamento termina com a formação de proteases homodiméricas que iniciam o processo apoptótico.

As caspases iniciadoras são ativadas por dimerização, enquanto as efetoras são ativadas por clivagem dos interdomínios. Existem duas rotas para a ativação das caspases; o extrínseco e o intrínseco.

A via extrínseca ou via mediada pelo receptor de morte implica a participação do complexo de sinalização de morte como complexo ativador para pró-caspases-8 e 10.

A via intrínseca ou via mediada por mitocôndrias emprega o apoptossomo como um complexo ativador para a pró-caspase-9.

Tipos

Os mamíferos possuem cerca de 15 caspases diferentes, provenientes da mesma família genética. Esta superfamília abrange outras subfamílias que são categorizadas de acordo com a posição dos pró-domínios e suas funções.

Normalmente, 3 subclasses de caspases são conhecidas em mamíferos:

1-Caspases inflamatórias ou do grupo I: caspases com grandes pró-domínios (Caspase-1, caspase-4, caspase-5, caspase-12, caspase-13 e caspase-14) que têm papel fundamental na maturação de citocinas e na resposta inflamatória.

Início de 2-apoptose ou caspases do grupo II: eles têm um pró-domínio longo (mais de 90 aminoácidos) contendo um domínio DED (caspase-8 e caspase-10) ou um domínio de recrutamento de caspase (caspase-2 e caspase-9)

Caspases 3-efetoras ou grupo III: possuem pró-domínios curtos (20-30 aminoácidos).

Características

A maioria das funções das caspases individuais foi elucidada por meio de experimentos de silenciamento de genes ou obtenção de mutantes, estabelecendo funções particulares para cada uma.

Funções apoptóticas

Apesar da existência de vias apoptóticas independentes da caspase, essas enzimas são críticas para muitos dos eventos de morte celular programada, necessários para o correto desenvolvimento da maioria dos sistemas de organismos multicelulares.

Nos processos apoptóticos, as caspases iniciadoras são as caspases -2, -8, -9 e -10, enquanto entre as caspases efetoras estão as caspases -3, -6 e -7.

Seus alvos intracelulares específicos incluem a lâmina nuclear e as proteínas do citoesqueleto, cuja clivagem promove a morte celular.

Funções não apoptóticas

As caspases não cumprem apenas um papel apoptótico na célula, uma vez que a ativação de algumas dessas enzimas tem sido demonstrada na ausência de processos de morte celular. Seu papel não apoptótico envolve funções proteolíticas e não proteolíticas.

Eles participam do processamento proteolítico de enzimas para evitar o desmantelamento celular; seus alvos incluem proteínas como citocinas, quinases, fatores de transcrição e polimerases.

Essas funções são possíveis graças ao processamento pós-tradução de pró-caspases ou seus alvos proteolíticos, à separação espacial de enzimas entre os compartimentos celulares ou à regulação por outras proteínas efetoras a montante.

Função imune

Algumas caspases estão envolvidas no processamento de fatores importantes do sistema imunológico, como é o caso da caspase-1, que processa a pró-Interleucina-1β para formar IL-1β madura, que é um mediador chave para a resposta inflamatória.

A caspase-1 também é responsável pelo processamento de outras interleucinas, como IL-18 e IL-33, que participam da resposta inflamatória e da resposta imune inata.

Na proliferação celular

De muitas maneiras, as caspases estão envolvidas na proliferação celular, especialmente em linfócitos e outras células do sistema imunológico, sendo a caspase-8 uma das enzimas mais importantes envolvidas.

A caspase-3 também parece ter funções na regulação do ciclo celular, uma vez que é capaz de processar o inibidor da quinase dependente da ciclina (CDK) p27, que contribui para a progressão da indução do ciclo celular.

Outras funções

Algumas caspases estão envolvidas no progresso da diferenciação celular, especialmente de células que entram em um estado pós-mitótico, que às vezes é considerado um processo de apoptose incompleta.

A caspase-3 é crítica para a diferenciação adequada das células musculares, e outras caspases também estão envolvidas na diferenciação de mieloides, monócitos e eritrócitos.

Referências

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