CASPASAS

 

La mayoría de los cambios morfológicos que observaron Kerr et al ( Kerr JFR, 1972 ) se deben a un grupo de cisteína proteasas que se activan específicamente en las células apoptóticas. Estas proteasas son homólogas entre si y forman parte de un gran familia de proteínas denominadas caspasas ( Alnemri, ES, 1996). Se denominan caspasas pues son c isteín prote asas específicas de ácido asp ártico. Las caspasas están altamente conservadas en la evolución y pueden ser encontradas desde humanos, pasando por insectos y nematodos hasta la Hidra (Budihardjo I, Cikala M, Earnshaw WC, 1999).

 

El prototipo de caspasa es la enzima convertidora de interleukina-1 b (ICE, caspasa-1) e inicialmente fue identificada como la proteasa responsable de la maduración de la pro-interleukina 1b a su forma pro-inflamatoria y biológicamente activa (Cerretti et al, 1992; Thornberry et al 1992). Aunque la caspasa-1 no tiene un papel obvio en la muerte celular, fue el primer miembro identificado de una gran familia de proteasas cuyos miembros tienen distintos papeles en inflamación y apoptosis.

 

La familia génica de las caspasas contiene 14 miembros en mamíferos de los que se conocen 11 enzimas humanas. El análisis filogenético indica que esta familia de genes está compuesta por dos grandes subfamilias que están relacionadas con ICE (grupo inflamatorio) o con el homólogo de mamíferos de ced-3 (grupo apoptótico). Las caspasas comparten similitudes en la secuencia de aminoácidos, en la estructura y especificidad de sustratos. Las caspasas se expresan como proenzimas (zimógenos) sin actividad biológica que tienen que activarse para poder ejercer su acción.

 

Las caspasas contienen tres dominios: un prodominio N-terminal, una subunidad larga (p20) que contiene el centro activo con cisteína dentro de un motivo conservado QACXG, y una subunidad pequeña (p10) en el C-terminal. Las caspasas son unas de las proteasas más específicas con un requerimiento inusual y absoluto de cortar después de un residuo de ácido aspártico (Asp) (Stennicke, 1998). El prodominio y la subunidad larga están separados por un lugar de corte con aspártico, y la subunidad grande está separada de la pequeña por uno o dos motivos de corte en Asp. La presencia de Asp en los motivos de corte para la maduración es consistente con la habilidad de las caspasas de autoactivarse o de ser activadas por otras caspasas como parte de una cascada de amplificación.

 

Debido a la gran importancia que tienen las caspasas en la apoptosis, es razonable comprender como las caspasas son activadas. Las caspasas son sintetizadas como zimógenos enzimáticamente inertes que deben ser cortados proteolíticamente para ser activos. En todos los casos estudiados, la enzima madura es un heterotetrámero que contiene dos p20/p10 heterodímeros y dos centros activos. Existen tres mecanismos generales de activación de caspasas:

 

a) Activación por otra caspasa: Como su nombre indica, las caspasas son proteasas que cortan después de un residuo de ácido aspártico. Un punto de corte de Asp separa el prodominio de p20 y uno o dos separan p20 de p10. Esto sugiere la posibilidad de activación autocatalítica. Efectivamente, un modo simple de activar una procaspasa es exponerla a otra previamente activada. Esta estrategia de activación denominada cascada de caspasas es muy utilizada por las células para la activación de las tres caspasas que tienen un prodominio corto: caspasa-3, -6 y -7. Estas tres caspasas se denominan caspasas efectoras y son más abundantes y activas que sus primas con un prodominio más largo.

 


La cascada de caspasas es un método útil para amplificar e integrar las señales proapoptóticass, pero no pueden explicar cómo se activó la primera caspasa. Existen al menos dos aproximaciones que explican dicha activación.

 


 

b) Activación inducida por proximidad: La caspasa-8 es la caspasa iniciadora clave en la vía de los receptores de muerte. Después de la unión del ligando, los receptores de muerte como CD95 (Apo-1/Fas) se agregan y forman un complejo de señalización de membrana. Estos complejos reclutan, a través de sus proteínas adaptadoras, varias moléculas de procaspasa-8 con lo que se aumenta la concentración local de zimógeno. En estas condiciones, la baja e intrínseca actividad proteasa de la procaspasa-8 es suficiente para permitir que varias moléculas de proenzima se corten mutuamente y se activen unas a otras.

 

 

 

c) Asociación con una subunidad reguladora: El mecanismo de activación más complejo es el utilizado por la caspasa-9. Al contrario que en otras caspasas, el procesamiento proteolítico de la procaspasa-9 tiene un efecto mínimo en su activación. El requerimiento clave para la activación de la caspasa-9 es su asociación con un cofactor de proteínas, Apaf-1. También es necesario el citocromo c liberado por la mitocondria. El citocromo c y Apaf-1 se asocian en un proceso ATP dependiente. La oligomerización de Apaf-1 recluta procaspasas-9 formando el apoptosoma . La activación de la caspasa-9 es debida a un cambio conformacional, no a proteolisis.

 


 

 

En resumen, las caspasas efectoras se activan proteolíticamente por otras caspasas mientras que las caspasas iniciadoras son activadas por interacciones reguladas proteína-proteína.

 

Cada caspasa con prodominio largo contiene en su prodominio un módulo de interacción proteína-proteína que permite la unión y asociación con sus reguladores. Las caspasas -8 y -10 contienen un dominio efector de muerte (death-effector domain, DED ) mientras que las caspasas -2 y -9 contienen un dominio de reclutamiento y activación de caspasas (caspase activation and recruitment domain, CARD ). Estos dos dominios comparten tienen secuencias distintas, pero se pliegan en una disposición espacial similar que consiste en seis hélices a antiparalelas (Hofmann K, 1999). El mismo plegamiento lo encontramos en el dominio de muerte (death domain, DD ), una tercera proteína de interacción presente en varios reguladores iniciales de la apoptosis como CD95 y la molécula adaptadora FADD. Parece que DD, DED y CARD derivan de un dominio ancestral común.

 

Bioquímica de la apoptosis