カスパーゼ-3

通常条件下では、カスパーゼは基質中の4ペプチド配列を認識し、アスパラギン酸残基の後のペプチド結合を加水分解する。カスパーゼ-3とは類似した基質特異性を持ち、Asp-x-x-Aspという4ペプチドを認識する^[13]。C末端側のアスパラギン酸は絶対に必要であるが、他の3つの位置の多様性はある程度許容される^[14]。カスパーゼの基質特異性は、阻害剤や薬剤のデザインに広く利用されている^[15]。

カスパーゼ-3（CPP32、Yama、apopainとしても知られる^[16][17][18]）は、32 kDaの酵素前駆体として産生され、17 kDaと 12 kDaのサブユニット（p17とp12）へと切断される。プロカスパーゼが特定の残基で切断されると、活性型のヘテロ四量体が形成される。まずp17とp12のβシートが連結されてヘテロ二量体を形成し、その後他のヘテロ二量体と相互作用することで、12本のストランドからなるβシートがαヘリックスで囲まれた、カスパーゼに特徴的な構造が形成される^[12][19]。ヘテロ二量体同士がhead-to-tail型に並んだ際、活性部位は分子の両端に形成される。Cys163とHis121はp17サブユニットに存在している^[19]。

カスパーゼ-3の触媒部位には、Cys163のスルフヒドリル基とHis121のイミダゾール環が存在する。His121は重要なアスパラギン残基のカルボニル基を安定化し、Cys163は最終的なペプチド結合の切断の際に攻撃を行う。Cys163とGly122は、水素結合によって基質-酵素複合体の四面体型遷移状態を安定化する機能も持つ^[19]。In vitroでは、カスパーゼ-3は DEVDG（Asp-Glu-Val-Asp-Gly）配列の2つ目のアスパラギン酸残基のC末端側（DとGの間）での切断に対する選択性があることが判明している^[11][19][20]。カスパーゼ-3は幅広いpHで活性があり、他の実行型カスパーゼの多くよりもわずかに高い（塩基性側の）範囲である。この幅広さは、カスパーゼ-3が正常な条件下でもアポトーシス条件下でも十分に活性があることを示している^[21]。

カスパーゼ-3は、外因性（デスリガンド）経路か内因性（ミトコンドリア）経路かに関わらずアポトーシスを引き起こした細胞で活性化される^[12][22]。カスパーゼ-3が酵素前駆体として存在しているとは必要不可欠であり、そうした調節がなければカスパーゼ活性によって無差別に細胞死が引き起こされる^[23]。実行型（エフェクター）カスパーゼであるため、アポトーシスシグナル伝達イベントが発生して誘導型（イニシエーター）カスパーゼによって切断されるまで、カスパーゼ-3の酵素前駆体は事実上活性を持たない^[24]。そうしたイベントの1つがグランザイムBの誘導であり、細胞傷害性T細胞の標的となった細胞でイニシエーターカスパーゼを活性化させる^[25][26]。この外因性因子による活性化によってアポトーシス経路に特徴的なカスパーゼカスケードが誘導され、そこではカスパーゼ-3が主要な役割を果たす^[10]。内因性因子による活性化では、ミトコンドリアのシトクロムcが、カスパーゼ-9、Apaf-1、ATPと協働してプロカスパーゼ-3のプロセシングを行う^[20][26][27]。これらの分子はin vitroでカスパーゼ-3を活性化するのには十分であるが、in vivoでは他の調節タンパク質が必要である^[27]。

カスパーゼを阻害する方法の1つは、cIAP1（英語版）、cIAP2（英語版）、XIAP、ML-IAP（英語版）を含むアポトーシス阻害因子（英語版）を介して行われる^[19]。XIAPは、カスパーゼ-3の活性化に直接関係しているカスパーゼ-9に結合して阻害を行う^[27]。しかしカスパーゼカスケード中では、カスパーゼ3はカスパーゼ-9を特定の部位で切断することで、XIAPによるカスパーゼ-9への活性阻害のための結合を防ぎ、XIAPの活性を阻害する^[28]。

マンゴスチン（Garcinia mangostana）のエキスは、アミロイドβ処理されたヒトの神経細胞でカスパーゼ-3の活性化を阻害することが示されている^[29]。

カスパーゼ-3は、アポトーシスにおける典型的な役割と同様、脳の正常な発生に必須であり、クロマチンの凝縮とDNAの断片化を担う^[20]。カスパーゼの断片であるp17の血中濃度の上昇は、直近の心筋梗塞のサインとなる^[30]。また、カスパーゼ-3が胚性幹細胞や造血幹細胞の分化に関与している可能性が示されている^[31]。

カスパーゼ-3は次に挙げる因子と相互作用することが示されている。