Войти
| Кальпаин | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Кристаллическая структура пептидазного ядра Кальпаина II. | |||||||||||
| Идентификаторы | |||||||||||
| Symbol | Calpain | ||||||||||
| Pfam | PF00648 | ||||||||||
| Pfam clan | CL0125 | ||||||||||
| InterPro | IPR001300 | ||||||||||
| SMART | CysPc | ||||||||||
| PROSITE | PDOC50203 | ||||||||||
| MEROPS | C2 | ||||||||||
| SCOPe | 1mdw / SUPFAM | ||||||||||
| |||||||||||
| calpain-1 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер EC | 3.4.22.52 | ||||||||
| Номер CAS | 689772-75-6 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | IntEnz view | ||||||||
| BRENDA | BRENDA entry | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme view | ||||||||
| KEGG | KEGG entry | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| PRIAM | профиль | ||||||||
| PDB структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| |||||||||
| кальпаин-2 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 3.4.22.53 | ||||||||
| Номер CAS | 702693-80-9 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | IntEnz view | ||||||||
| BRENDA | BRENDA entry | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme view | ||||||||
| KEGG | KEGG entry | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| PRIAM | профиль | ||||||||
| PDB структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| |||||||||
A кальпаин (;EC 3.4.22.52, EC 3.4.22.53 ) - это белок, принадлежащий к семейству кальция -зависимый, не лизосомальный цистеин p ротеазы (протеолитические ферменты ) повсеместно экспрессируются у млекопитающих и многих других организмов. Кальпаины составляют семейство C2 протеазного клана CA в базе данных MEROPS. Протеолитическая система кальпаина включает протеазы кальпаина, малую регуляторную субъединицу CAPNS1, также известную как CAPN4, и эндогенный кальпаин-специфический ингибитор кальпастатин.
История открытия кальпаина берет свое начало в 1964 году, когда кальций-зависимая протеолитическая активность, вызванная «кальций-активируемой нейтральной протеазой» (CANP), была обнаружена в мозге, хрусталик глаза и другие ткани. В конце 1960-х ферменты были изолированы и независимо охарактеризованы как в головном мозге крысы, так и в скелетных мышцах. Эти активности были вызваны внутриклеточной цистеиновой протеазой, не связанной с лизосомой и имеющей оптимальную активность при нейтральном pH, что явно отличало ее от семейства катепсинов протеазы. Зависимая от кальция активность, внутриклеточная локализация и ограниченный специфический протеолиз на его субстратах подчеркивают роль кальпаина как регуляторной, а не пищеварительной протеазы. Когда стала известна последовательность этого фермента, ему дали название «кальпаин», чтобы распознать его общие свойства с двумя хорошо известными в то время белками, сигнальным белком, регулируемым кальцием, кальмодулином и цистеиновая протеаза папайи, папаина. Вскоре после этого было обнаружено, что эта активность связана с двумя основными изоформами, получившими название μ («мю») - кальпаином и м-кальпаином (или кальпаином I и II), которые различались в основном потребностями в кальции in vitro. Их названия отражают тот факт, что они активируются микро- и почти миллимолярными концентрациями Са в клетке, соответственно.
На сегодняшний день эти две изоформы остаются наиболее охарактеризованными представителями кальпаина. семья. Структурно эти две гетеродимерные изоформы имеют идентичную малую (28 кДа) субъединицу (CAPNS1 (ранее CAPN4)), но имеют отдельные большие (80 кДа) субъединицы, известные как кальпаин 1 и кальпаин 2 (каждый кодируется генами CAPN1 и CAPN2 соответственно).
Никакая специфическая аминокислотная последовательность не распознается кальпаинами однозначно. Среди белковых субстратов, элементы третичной структуры, а не первичные аминокислотные последовательности, вероятно, ответственны за направление расщепления на конкретный субстрат. Среди пептидов и низкомолекулярных субстратов наиболее часто сообщается о специфичности небольших, гидрофобных аминокислот (например, лейцин, валин и изолейцин ) в положении P2 и большие гидрофобные аминокислоты (например, фенилаланин и тирозин ) в положении P1. Возможно, наилучшим доступным в настоящее время флуорогенным субстратом кальпаина является (EDANS ) -Glu-Pro-Leu-Phe = Ala-Glu-Arg-Lys- (), с расщеплением, происходящим в Phe = Ала-связь.
Проект «Геном человека» выявил, что существует более десятка других изоформ кальпаина , некоторые из которых имеют несколько вариантов сплайсинга. В качестве первого кальпаина, трехмерная структура которого была определена, м-кальпаин является протеазой типа для семейства C2 (кальпаин) в базе данных MEROPS.
| Ген | Белок | Алиазы | Выражение в тканях | Связь с заболеванием |
|---|---|---|---|---|
| CAPN1 | Кальпаин 1 | Кальпаин -1 большая субъединица, кальпаин mu-тип | повсеместно | |
| CAPN2 | Calpain 2 | большая субъединица кальпаина-2, кальпаин m-тип | повсеместно | |
| CAPN3 | Кальпаин 3 | специфическая для скелетных мышц сетчатка и хрусталик | Мышечная дистрофия пояса конечностей 2A | |
| CAPN5 | Кальпаин 5 | встречается повсеместно (с высоким содержанием толстой кишки, тонкой кишки и семенников) | может быть связан с некрозом,. поскольку он является ортологом гена некроза C. elegans tra-3 | |
| CAPN6 | Calpain 6 | CAPNX, Calpamodulin | ||
| Кальпаин 7 | palBH | повсеместно | ||
| CAPN8 | Кальпаин 8 | исключительно на слизистой оболочке желудка и желудочно-кишечном тракте | может быть связан с образованием полипа толстой кишки | |
| CAPN9 | Calpain 9 | исключительно для слизистой оболочки желудка и желудочно-кишечного тракта | может быть связан с образованием полипов толстой кишки | |
| CAPN10 | Calpain 10 | ген восприимчивости для типа II диабет | ||
| Кальпаин 11 | семенник | |||
| кальпаин 12 | встречается повсеместно, но с высоким содержанием волосяного фолликула | |||
| кальпаин 13 | яичко и легкие | |||
| кальпаин 14 | повсеместно | |||
| кальпаин 17 | только для рыб и амфибий | |||
| Кальпаин 15 | Sol H (гомолог sol гена дрозофилы) | |||
| CAPNS1 | Малая субъединица 1 кальпаина | Кальпаин 4 | ||
| Малая субъединица 2 кальпаина |
Хотя физиологическая роль кальпаинов все еще плохо изучена, было показано, что они являются активными участниками таких процессов, как подвижность клеток и прогрессирование клеточного цикла, поскольку а также специфические для клеточного типа функции, такие как долговременная потенциация в нейронах и слияние клеток в миобластах. В этих физиологических условиях кратковременный и локализованный приток кальция в клетку активирует небольшую локальную популяцию кальпаинов (например, близких к Са-каналам), которые затем продвигают путь передачи сигнала, катализируя контролируемые протеолиз его белков-мишеней. Кроме того, было обнаружено, что фосфорилирование протеинкиназой A и дефосфорилирование щелочной фосфатазой положительно регулирует активность μ-кальпаинов за счет увеличения случайных спиралей и уменьшения β-листов в его структуре. Фосфорилирование улучшает протеолитическую активность и стимулирует аутоактивацию μ-кальпаинов. Однако повышенная концентрация кальция превосходит эффекты фосфорилирования и дефосфорилирования на активность кальпаина, и, таким образом, активность кальпаина в конечном итоге зависит от присутствия кальция. Другая известная роль кальпаинов заключается в функции клеток, помогая регулировать свертывание и диаметр кровеносных сосудов, а также играя роль в памяти. Кальпаины участвуют в апоптотической гибели клеток и, по-видимому, являются важным компонентом некроза. Фракционирование детергента выявило цитозольную локализацию кальпаина.
Повышенная активность кальпаина, регулируемая CAPNS1, значительно способствует гиперреактивности тромбоцитов в гипоксической среде.
В головном мозге, тогда как μ-кальпаин в основном находится в тело клетки и дендриты нейронов и, в меньшей степени, аксонов и глиальных клеток, m- кальпаин обнаружен в глии и небольшое количество - в аксонах. Кальпаин также участвует в расщеплении белков скелетных мышц из-за физических упражнений и изменения состояния питания.
Отражается структурное и функциональное разнообразие кальпаинов в клетке. в их участии в патогенезе широкого спектра нарушений. По крайней мере, два хорошо известных генетических заболевания и одна форма рака связаны с тканеспецифическими кальпаинами. В случае дефекта кальпаин 3 млекопитающих (также известный как p94) является продуктом гена, отвечающим за мышечную дистрофию конечностей и поясов типа 2A, кальпаин 10 был идентифицирован как ген восприимчивости к сахарному диабету типа II, а кальпаин 9 был идентифицирован как ген восприимчивости опухолевый супрессор при раке желудка. Более того, гиперактивация кальпаинов вовлечена в ряд патологий, связанных с измененным гомеостазом кальция, таких как болезнь Альцгеймера и образование катаракты, а также вторичная дегенерация в результате острого клеточного стресса после ишемия миокарда, церебральная (нейрональная) ишемия, черепно-мозговые травмы и травмы спинного мозга. Избыточное количество кальпаина может быть активировано из-за притока Са после нарушения мозгового кровообращения (во время ишемического каскада ) или некоторых типов черепно-мозговой травмы такие как диффузное повреждение аксонов. Увеличение концентрации кальция в клетке приводит к активации кальпаина, что приводит к нерегулируемому протеолизу как целевых, так и нецелевых белков и, как следствие, необратимому повреждению тканей. Чрезмерно активный кальпаин расщепляет молекулы в цитоскелете, такие как спектрин, субъединицы микротрубочек, белки, связанные с микротрубочками и нейрофиламенты.. Он также может повредить ионные каналы, другие ферменты, молекулы клеточной адгезии и рецепторы клеточной поверхности. Это может привести к деградации цитоскелета и плазматической мембраны. Кальпаин также может разрушать натриевые каналы, которые были повреждены из-за повреждения аксонов, что приводит к притоку натрия в клетку. Это, в свою очередь, приводит к деполяризации нейрона и притоку большего количества Ca. Существенным последствием активации кальпаина является развитие ишемического поражения сердца. При реперфузии ишемизированного миокарда наблюдается перегрузка или избыток кальция в клетках сердца (кардиомиоцитах). Это увеличение кальция приводит к активации кальпаина. Недавно кальпаин был вовлечен в развитие венозного тромбоза, вызванного высокогорью, посредством опосредования гиперактивации тромбоцитов.
Таким образом, экзогенная регуляция активности кальпаина представляет интерес для разработки терапевтических средств в широком спектре патологических состояний. В качестве нескольких из многих примеров, подтверждающих терапевтический потенциал ингибирования кальпаина при ишемии, ингибитор кальпаина защищал от очагового ишемического повреждения мозга у крыс при введении после ишемии и значительно уменьшал размер поврежденной инфарктной ткани на модели фокальной ишемии у крыс. Также известно, что ингибиторы кальпаина обладают нейропротективным действием: PD150606, SJA6017, ABT-705253 и SNJ-1945.
Кальпаин может выделяться в головном мозге в течение месяца после травмы головы и может быть ответственны за сокращение мозга, которое иногда обнаруживается после таких травм. Однако кальпаин также может участвовать в процессе «восстановления», который помогает восстановить повреждения после травмы.
