Calpaín - Calpain

Calpaína
Estrutura cristalina do núcleo da peptidase de Calpaína II.
Identificadores
Símbolo	Calpaína
Pfam	PF00648
Clã Pfam	CL0125
InterPro	IPR001300
INTELIGENTE	CysPc
PRÓSITO	PDOC50203
MEROPS	C2
SCOP2	1mdw / SCOPe / SUPFAM
Estruturas de proteínas disponíveis: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum resumo da estrutura PDB 1tl9 A: 55-354; 1kxr B: 55-354; 1tlo A: 55-354; 2ary B: 55-354; 1zcm A: 55-353; 1mdw B: 45-344; 1u5i A: 45-344; 1kfx L: 45-344; 1kfu L: 45-344; 1ziv A: 42-337

A calpaína ( / k Æ l p eɪ n / ; CE 3.4.22.52 , CE 3.4.22.53 ) é uma proteína que pertence à família de cálcio dependente, não lisossomais cisteína proteases ( enzimas proteolíticas ) expressas ubiquamente em mamíferos e muitos outros organismos. Calpaínas constituem a família C2 do clã de protease CA no banco de dados MEROPS . O sistema proteolítico da calpaína inclui as proteases da calpaína, a pequena subunidade reguladora CAPNS1 , também conhecida como CAPN4, e o inibidor endógeno específico da calpaína, a calpastatina .

Descoberta

A história da descoberta da calpaína se originou em 1964, quando atividades proteolíticas dependentes de cálcio causadas por uma "protease neutra ativada por cálcio" (CANP) foram detectadas no cérebro , cristalino do olho e outros tecidos . No final da década de 1960, as enzimas foram isoladas e caracterizadas independentemente tanto no cérebro de rato quanto no músculo esquelético . Essas atividades eram causadas por uma cisteína protease intracelular não associada ao lisossoma e com atividade ótima em pH neutro , o que a distinguia claramente da família de proteases da catepsina . A atividade dependente de cálcio, a localização intracelular e a proteólise específica e limitada em seus substratos destacaram o papel da calpaína como uma protease reguladora, em vez de digestiva. Quando a sequência dessa enzima se tornou conhecida, recebeu o nome de "calpaína", para reconhecer suas propriedades comuns com duas proteínas bem conhecidas na época, a proteína sinalizadora regulada pelo cálcio, calmodulina , e a protease cisteína do mamão , papaína . Pouco tempo depois, descobriu-se que a atividade era atribuível a duas isoformas principais, denominadas μ ("mu") - calpaína e m-calpaína (ou calpaína I e II), que diferiam principalmente em suas necessidades de cálcio in vitro . Seus nomes refletem o fato de que são ativados por concentrações micro e quase milimolares de Ca ²⁺ dentro da célula, respectivamente.

Até o momento, essas duas isoformas continuam sendo os membros mais bem caracterizados da família calpaína. Estruturalmente, estes dois heterodiméricas isoformas partilham uma pequena idênticas (28 kDa) da subunidade ( CAPNS1 (anteriormente CAPN4)), mas tem (80 kDa) subunidades distintas grandes, conhecidos como calpaína 1 e calpaína 2 (cada uma codificada pelos CAPN1 e CAPN2 genes, respectivamente).

Especificidade de clivagem

Nenhuma sequência de aminoácidos específica é reconhecida exclusivamente pelas calpaínas. Entre os substratos de proteína, elementos de estrutura terciária em vez de sequências de aminoácidos primários são provavelmente responsáveis ​​por direcionar a clivagem para um substrato específico. Entre os substratos de peptídeos e moléculas pequenas, a especificidade relatada de forma mais consistente é para pequenos aminoácidos hidrofóbicos (por exemplo , leucina , valina e isoleucina ) na posição P2 e grandes aminoácidos hidrofóbicos (por exemplo, fenilalanina e tirosina ) na posição P1. Indiscutivelmente, o melhor substrato de calpaína fluorogênica atualmente disponível é ( EDANS ) -Glu-Pro-Leu-Phe = Ala-Glu-Arg-Lys- ( DABCYL ), com clivagem ocorrendo na ligação Phe = Ala.

Família grande

O Projeto Genoma Humano revelou que existem mais de uma dúzia de outras isoformas de calpaína , algumas com múltiplas variantes de união . Como a primeira calpaína cuja estrutura tridimensional foi determinada, a m-calpaína é a protease-tipo para a família C2 (calpaína) no banco de dados MEROPS .

Função

Embora o papel fisiológico das calpaínas ainda seja pouco compreendido, elas demonstraram ser participantes ativos em processos como mobilidade celular e progressão do ciclo celular , bem como funções específicas do tipo celular, como potenciação de longo prazo em neurônios e fusão celular em mioblastos . Sob essas condições fisiológicas, um influxo transitório e localizado de cálcio na célula ativa uma pequena população local de calpaínas (por exemplo, aquelas próximas aos canais de Ca ²⁺ ), que então avançam a via de transdução de sinal catalisando a proteólise controlada de seu alvo proteínas. Além disso, constatou-se que a fosforilação pela proteína quinase A e a desfosforilação pela fosfatase alcalina regulam positivamente a atividade das μ-calpaínas aumentando as bobinas aleatórias e diminuindo as folhas β em sua estrutura. A fosforilação melhora a atividade proteolítica e estimula a autoativação de μ-calpaínas. No entanto, o aumento da concentração de cálcio supera os efeitos da fosforilação e desfosforilação na atividade da calpaína e, portanto, a atividade da calpaína depende, em última análise, da presença de cálcio. Outros papéis relatados das calpaínas estão na função celular , ajudando a regular a coagulação e o diâmetro dos vasos sanguíneos , e desempenhando um papel na memória . As calpaínas foram implicadas na morte celular por apoptose e parecem ser um componente essencial da necrose . O fracionamento do detergente revelou a localização citosólica da calpaína.

A atividade aumentada da calpaína, regulada por CAPNS1, contribui significativamente para a hiperreatividade plaquetária em ambiente hipóxico.

No cérebro, enquanto a μ-calpaína está localizada principalmente no corpo celular e nos dendritos dos neurônios e, em menor extensão, nos axônios e células gliais , a m-calpaína é encontrada na glia e um pequeno número nos axônios. Calpaína também está envolvida na degradação da proteína do músculo esquelético devido ao exercício e estados nutricionais alterados.

Significado clínico

Patologia

A diversidade estrutural e funcional das calpaínas na célula se reflete em seu envolvimento na patogênese de uma ampla gama de doenças. Pelo menos duas doenças genéticas bem conhecidas e uma forma de câncer foram associadas a calpaínas específicas de tecido. Quando defeituoso, a calpaína 3 de mamífero (também conhecida como p94) é o produto do gene responsável pela distrofia muscular cintura-membro tipo 2A, a calpaína 10 foi identificada como um gene de suscetibilidade para diabetes mellitus tipo II e a calpaína 9 foi identificada como um supressor de tumor para câncer gástrico. Além disso, a hiperativação de calpaínas está implicada em uma série de patologias associadas à homeostase do cálcio alterada, como doença de Alzheimer e formação de catarata , bem como degeneração secundária resultante de estresse celular agudo após isquemia miocárdica, isquemia cerebral (neuronal), lesão cerebral traumática e lesão da medula espinhal. Quantidades excessivas de calpaína podem ser ativadas devido ao influxo de Ca ²⁺ após acidente vascular cerebral (durante a cascata isquêmica ) ou alguns tipos de lesão cerebral traumática , como lesão axonal difusa . O aumento da concentração de cálcio na célula resulta na ativação da calpaína, que leva à proteólise desregulada de proteínas-alvo e não-alvo e consequente dano irreversível ao tecido. Excessivamente quebras de calpaina activas para baixo moléculas no citoesqueleto tais como espectrina , microtúbulos subunidades, proteínas associadas a microtúbulos , e neurofilamentos . Também pode danificar canais iônicos , outras enzimas, moléculas de adesão celular e receptores de superfície celular . Isso pode levar à degradação do citoesqueleto e da membrana plasmática . A calpaína também pode quebrar os canais de sódio que foram danificados devido à lesão por estiramento axonal, levando a um influxo de sódio na célula. Isso, por sua vez, leva à despolarização do neurônio e ao influxo de mais Ca ²⁺ . Uma consequência significativa da ativação da calpaína é o desenvolvimento de disfunção contrátil cardíaca que segue o insulto isquêmico ao coração. Na reperfusão do miocárdio isquêmico, ocorre o desenvolvimento de sobrecarga ou excesso de cálcio na célula cardíaca (cardiomiócitos). Este aumento no cálcio leva à ativação da calpaína. Recentemente, a calpaína foi implicada na promoção de trombose venosa induzida em grandes altitudes por meio da mediação da hiperativação plaquetária.

Inibidores terapêuticos

A regulação exógena da atividade da calpaína é, portanto, de interesse para o desenvolvimento de terapêuticas em uma ampla gama de estados patológicos. Como alguns dos muitos exemplos que suportam o potencial terapêutico da inibição da calpaína na isquemia, o inibidor da calpaína AK275 protegeu contra dano cerebral isquêmico focal em ratos quando administrado após isquemia, e MDL28170 reduziu significativamente o tamanho do tecido de enfarte danificado em um modelo de isquemia focal de rato. Além disso, os inibidores da calpaína são conhecidos por terem efeitos neuroprotetores: PD150606, SJA6017, ABT-705253 e SNJ-1945.

Calpaína pode ser liberada no cérebro por até um mês após um traumatismo craniano e pode ser responsável por um encolhimento do cérebro às vezes encontrado após tais lesões. No entanto, a calpaína também pode estar envolvida em um processo de "redefinição" que ajuda a reparar o dano após a lesão.

Veja também

• O Mapa da Proteólise

Referências

Leitura adicional

links externos

• Calpaína na Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA Medical Subject Headings (MeSH)
• CaMPDB, Calpain for Modulatory Proteolysis Database
• A Família de Proteases Calpain. (2001). Universidade do Arizona.
• Calpain Info com links no Cell Migration Gateway
• Alzheimer e protease calpaína , PMAP The Proteolysis Map -animation.