Caspase家族概述
Caspase家族是一组位于细胞质中的蛋白酶,它们在程序性细胞死亡(如细胞凋亡)和炎症过程中发挥着关键作用。Caspase是“半胱氨酸依赖的天冬氨酸特异性蛋白酶”(Cysteine-dependent Aspartate-directed proteASEs)的缩写,活性位点含有半胱氨酸,能够特异性切割靶蛋白中天冬氨酸残基后的肽键。
Caspase家族成员
根据其功能,Caspases可分为炎症caspase和凋亡caspase:- 炎症caspase:包括Caspase-1、-4、-5和-11,这些酶主要参与炎症反应中白介素前体的活化,而不直接介入细胞凋亡信号的转导。
- 凋亡caspase:主要参与细胞凋亡,分为起始caspase(如caspase-2、-8、-9、-10),它们负责切割效应caspase的前体;效应caspase(如caspase-3、-6、-7)则负责切割细胞核内和细胞质中的结构蛋白和调节蛋白,引起细胞的失活或激活。
凋亡相关caspase的特点
激活机制:- 自我剪切激活:许多caspase以非活性前体形式存在,需特定刺激或与其他分子相互作用进行自我剪切才能激活。例如,caspase-8和caspase-9在与特定适配器蛋白结合形成复合物时被激活。
- 级联反应:起始caspase一旦被激活,能够进一步激活更多效应caspase,形成放大信号的级联反应,从而确保细胞凋亡是一个不可逆的过程。
底物特异性与结构特点
Caspase对底物具有高度特异性,通常识别四肽序列中的天冬氨酸残基并在此位置切割。各类caspase偏好不同的切割位点,决定了其功能差异。效应caspase能够切割多种内源性蛋白,如核纤层蛋白和聚ADP核糖聚合酶(PARP),导致细胞骨架破坏、DNA片段化以及细胞膜变化等特征性改变。所有caspase均包含一个大的催化亚基和一个小的调节亚基,二者共同构成异二聚体。每个亚基由多个功能域组成(如CARD、DD),这些结构域参与caspase的激活及其与其他蛋白质的相互作用。
调控机制与活化方式
在正常状态下,caspase以前体形式存在于细胞中,并受到严格调控。细胞接收到特定死亡信号时,抑制解除,caspase得以激活。一些抑制剂(如IAPs)通过直接结合caspase来阻止其活性,从而抑制细胞凋亡。Caspase的活化机制可分为同源活化和异源活化:
- 同源活化:caspase分子通过相互作用形成二聚体或多聚体,实现自我剪切和激活的过程。例如,Caspase-9在与Apaf-1结合形成凋亡小体时被激活。
- 异源活化:不同类型的蛋白质或caspase家族成员通过相互作用促进彼此的激活,通常需其他辅助因子或适配器蛋白的参与。
Caspase介导的细胞凋亡途径
Caspase介导的细胞凋亡途径是细胞程序性死亡的重要机制,主要分为外源性(死亡受体)途径和内源性(线粒体)途径。尽管两者触发机制不同,最终都是通过激活caspase来执行细胞凋亡。
外源性(死亡受体)途径
启动时,特定配体(如Fas配体或TNF)结合到细胞表面受体,形成死亡诱导信号复合物(DISC),导致起始caspase-8的激活。活化的caspase-8能直接切割效应caspase或通过裂解促凋亡蛋白Bid间接激活内源性途径。
内源性(线粒体)途径
多种细胞内部刺激可激活该途径。在此过程中,Bcl-2家族的蛋白质扮演关键角色,抗凋亡成员抑制细胞凋亡,而促凋亡成员则促进凋亡。当促凋亡信号占优时,Bax/Bak形成孔道,导致线粒体膜通透性增加,引发细胞色素c释放,激活caspase-9。
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