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Caspase家族簡介：

Caspase家族是一組存在于細(xì)胞質(zhì)中的蛋白酶，它們在程序性細(xì)胞死亡（如細(xì)胞凋亡）和炎癥過程中扮演重要角色。Caspase是“含半胱氨酸的天冬氨酸特異性蛋白酶"（Cysteine-dependent Aspartate-directed proteASEs）的縮寫，其活性位點(diǎn)含有半胱氨酸，并能特異性地切割靶蛋白天冬氨酸殘基后的肽鍵。

Caspase家族

Caspase家族成員：

Caspases根據(jù)其功能可以分為炎癥caspase和凋亡caspase：

炎癥caspase：包括Caspase-1、-4、-5和-11，這些酶主要參與炎癥反應(yīng)中白介素前體的活化，而不是直接參與細(xì)胞凋亡信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)；

凋亡caspase：主要參與細(xì)胞凋亡，又可以分為起始caspase,如caspase-2、-8、-9、-10，負(fù)責(zé)對效應(yīng)caspase的前體進(jìn)行切割，產(chǎn)生有效應(yīng)作用的caspase。

效應(yīng)caspases：caspase-3、-6、-7，負(fù)責(zé)切割細(xì)胞核內(nèi)、細(xì)胞質(zhì)中結(jié)構(gòu)蛋白和調(diào)節(jié)蛋白，使其失活或者活化。

凋亡相關(guān)caspase的特點(diǎn)：

激活機(jī)制

自我剪切激活：許多caspase以非活性的前體形式存在，需要特定的刺激或與其他分子相互作用進(jìn)行自我剪切才能激活。例如，caspase-8和caspase-9在與特定的適配器蛋白結(jié)合形成復(fù)合物時被激活。

級聯(lián)反應(yīng)：一旦起始caspase被激活，它會進(jìn)一步激活更多的效應(yīng)caspase，形成一個放大信號的級聯(lián)反應(yīng)。這種機(jī)制確保了細(xì)胞凋亡是一個不可逆的過程。

底物特異性

Caspase對底物具有高度特異性，通常識別四肽序列中的天冬氨酸殘基，并在此位置進(jìn)行切割。不同的caspase偏好不同的切割位點(diǎn)，這決定了它們的具體功能。效應(yīng)caspase能夠切割多種細(xì)胞內(nèi)蛋白，如核纖層蛋白、聚ADP核糖聚合酶(PARP)等，導(dǎo)致細(xì)胞骨架破壞、DNA片段化以及細(xì)胞膜改變等特征性變化。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

所有caspase都包含一個大的催化亞基和一個小的調(diào)節(jié)亞基，這兩個亞基共同構(gòu)成異二聚體。每個亞基又由多個功能域組成，如CARD(Caspase Recruitment Domain)、DD(Death Domain)等，這些結(jié)構(gòu)域參與了caspase的激活及其與其它蛋白質(zhì)的相互作用。

調(diào)控機(jī)制

在正常情況下，caspase以前體形式存在于細(xì)胞中，受到嚴(yán)格調(diào)控。只有當(dāng)細(xì)胞接收到特定的死亡信號時，才會解除抑制，允許caspase激活。一些抑制劑如IAPs(Inhibitor of Apoptosis Proteins)可以通過直接結(jié)合caspase來阻止其活性，從而抑制細(xì)胞凋亡。

Caspase的活化

Caspase的激活過程可以分為同源活化(Homotypic activation)和異源活化(Heterotypic activation)，這兩種機(jī)制在細(xì)胞凋亡過程中起著至關(guān)重要的作用。下面詳細(xì)解釋這兩種激活方式及其特點(diǎn)。

Caspase的活化

1、同源活化(Homotypic activation)

同源活化指的是caspase分子通過相互作用形成二聚體或多聚體，從而實(shí)現(xiàn)自我剪切和激活的過程。這一過程通常涉及caspase前體(procaspase)之間的相互作用。在同源活化中，未活化的procaspase通過其特定結(jié)構(gòu)域（如CARD或DD）與另一個procaspase相互作用，形成同源二聚體或多聚體復(fù)合物。這種聚合狀態(tài)改變了procaspase的構(gòu)象，使其能夠進(jìn)行自我剪切，去除抑制性區(qū)域，暴露出活性位點(diǎn)，最終形成具有催化活性的成熟caspase。

如Caspase-9：在線粒體途徑中，細(xì)胞色素c從線粒體釋放到細(xì)胞質(zhì)后，與Apaf-1結(jié)合形成凋亡小體(apoptosome)。這個復(fù)合體募集多個procaspase-9分子，促使它們發(fā)生同源活化；

Caspase-8：在外源性途徑中，當(dāng)死亡受體與其配體結(jié)合并招募接頭蛋白形成DISC（死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合物）時，procaspase-8在DISC內(nèi)通過相互作用發(fā)生同源活化。

2、異源活化(Heterotypic activation)

異源活化則是指不同類型的蛋白質(zhì)或caspase家族成員之間通過相互作用促進(jìn)彼此的激活。這類激活通常需要其他輔助因子或適配器蛋白的參與。在異源活化中，一個procaspase與其他非caspase蛋白質(zhì)相互作用，這些蛋白質(zhì)可能作為激活劑或支架幫助procaspase定位和構(gòu)象改變。例如，某些適配器蛋白可以通過提供特定的結(jié)合界面，促進(jìn)procaspase的聚集和構(gòu)象變化，從而促進(jìn)其自我剪切和激活。

如Caspase-3和Caspase-7：雖然它們主要作為效應(yīng)caspase直接由起始caspase激活，但有時也需要特定的支架蛋白或其他調(diào)控分子的幫助來完成wan全激活；

Bid蛋白：在內(nèi)源性途徑中，caspase-8不僅可以直接激活下游的效應(yīng)caspase，還可以切割Bid蛋白生成tBid，后者遷移到線粒體上，進(jìn)一步放大凋亡信號，間接促進(jìn)了其他caspase的激活。

同源活化依賴于procaspase間的直接相互作用，形成同源二聚體或多聚體以促進(jìn)自我剪切和激活，常見于起始caspase如caspase-8和caspase-9的激活過程中。異源活化則涉及不同蛋白質(zhì)之間的相互作用，其中一些蛋白質(zhì)作為激活劑或支架幫助procaspase定位、聚集及構(gòu)象改變，常見于復(fù)雜多步的細(xì)胞凋亡信號傳導(dǎo)路徑中。

Caspase介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑

細(xì)胞凋亡途徑

Caspase介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑是細(xì)胞程序性死亡的一種重要機(jī)制，主要分為兩大類：外源性（死亡受體）途徑和內(nèi)源性（線粒體）途徑。這些途徑通過激活一系列caspase蛋白酶來執(zhí)行細(xì)胞凋亡過程。

1、外源性（死亡受體）途徑

啟動：當(dāng)特定的配體如Fas配體或腫瘤壞死因子(TNF)結(jié)合到細(xì)胞表面的相應(yīng)受體上時，該途徑被激活。這些受體屬于TNF受體家族成員。

信號傳導(dǎo)：配體與受體結(jié)合后，會募集接頭蛋白，并在細(xì)胞膜附近形成一個稱為死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合物(DISC)的大分子復(fù)合物。這一過程導(dǎo)致起始caspase-8的自我剪切和激活。

執(zhí)行階段：活化的caspase-8可以直接切割并激活效應(yīng)caspases如caspase-3、-6、-7，直接觸發(fā)凋亡程序；或者通過裂解促凋亡蛋白Bid間接激活線粒體途徑，進(jìn)一步放大凋亡信號。

2、內(nèi)源性（線粒體）途徑

觸發(fā)因素：多種細(xì)胞內(nèi)部刺激，包括但不限于DNA損傷、氧化應(yīng)激、缺氧、細(xì)胞周期阻滯等，都可能激活這一途徑。

Bcl-2家族調(diào)控：在此過程中，Bcl-2家族中的蛋白質(zhì)扮演關(guān)鍵角色?？沟蛲龀蓡T（如Bcl-2、Bcl-xL）抑制細(xì)胞凋亡，而促凋亡成員（如Bax、Bak）促進(jìn)細(xì)胞凋亡。當(dāng)促凋亡信號占優(yōu)勢時，Bax/Bak會在細(xì)胞膜上形成孔道，導(dǎo)致線粒體膜通透性增加。

細(xì)胞色素c釋放：隨著線粒體膜通透性的增加，細(xì)胞色素c從線粒體內(nèi)釋放到細(xì)胞質(zhì)中，與其他蛋白一起組成凋亡小體(apoptosome)，激活caspase-9。

執(zhí)行階段：激活后的caspase-9隨后激活下游的效應(yīng)caspases如caspase-3、-6、-7，它們對特定底物進(jìn)行切割，導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的發(fā)生。

這兩個途徑雖然有不同的觸發(fā)機(jī)制，但最終都是通過激活一系列caspase來執(zhí)行細(xì)胞凋亡。此外，值得注意的是，在某些情況下，這兩個途徑并不是wan全獨(dú)立的，而是可以相互作用、交叉調(diào)節(jié)，以確保細(xì)胞凋亡過程能夠準(zhǔn)確無誤地進(jìn)行。例如，外源性途徑可以通過激活Bid蛋白間接影響內(nèi)源性途徑。同樣，內(nèi)源性途徑也可以影響外源性途徑的效率和效果。這種復(fù)雜的交互網(wǎng)絡(luò)確保了細(xì)胞凋亡作為一種精確調(diào)控的生命現(xiàn)象得以實(shí)現(xiàn)。

Caspase的檢測方法

Caspase的檢測方式有：流式 、WB 、IF 、IHC 、ELISA等，如：

abs132005  Rabbit anti-Cleaved-caspase3 Polyclonal Antibody

利用裂解半胱天冬酶3(Asp175) ，p17Ab對不同樣品的提取物進(jìn)行蛋白質(zhì)印跡分析。泳道1： 大鼠肝臟，抗原特異性肽封閉。第二道：老鼠肝臟。第三道：大鼠脾臟

abs132005  Rabbit anti-Cleaved-caspase3 Polyclonal Antibody

IF/ICC法染色Hela細(xì)胞，樣品用PFA固定，在0.1%Triton X-100中透化，然后在25°C下在10%血清中封閉45min。然后將樣品與初級抗體(1:200)和小鼠抗β微管蛋白抗體(1:200)在37°C溫育1h。使用 AlexaFluor594綴合的山羊抗兔IgG(H+L)Ab(Red)和AlexaFluor488綴合的山羊抗小鼠IgG(H+L)Ab(Green)作為次級抗體。核反染色是DAPI（藍(lán)色）。

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