CTSC

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Einführung

Cathepsin C (CTSC, auch bekannt als CatC) ist eine lysosomale Cystein-Dipeptidyl-Aminopeptidase mit einer hochkonservierten tetrameren Struktur. Die beste physiologische Funktion von CTSC besteht darin, pro-inflammatorische granula-assoziierte Serinproteasen zu aktivieren. Diese Proteasen werden als inaktive Zymogene synthetisiert, die ein N-terminales Pro-Dipeptid enthalten; ihre Rolle besteht darin, das Zymogen in einer inaktiven Konformation zu halten und eine vorzeitige Aktivierung zu verhindern, da eine vorzeitige Aktivierung potenziell toxisch für die Zellen ist. Die Aktivierung des Serinprotease-Zymogens erfolgt durch die Spaltung des N-terminalen Dipeptids durch CTSC während der Zellreifung. Der pathologische Mangel an CTSC ist mit dem Papillon-Lefèvre-Syndrom verbunden. Trotz des Fehlens aktiver Serinproteasen in Immunabwehrzellen zeigte der Patient jedoch keine signifikante Immunschwäche. Daher könnte eine vorübergehende pharmakologische Blockade der CTSC-Aktivität in Knochenmark-Vorläuferzellen eine potenzielle therapeutische Strategie zur Modulation der Serinprotease-Aktivität unter entzündlichen und immunologischen Bedingungen darstellen. Dies hat eine große Anzahl von Pharmaunternehmen und akademischen Forschern dazu veranlasst, verschiedene CTSC-Inhibitoren zu entwerfen und zu entwickeln, von denen einige derzeit in präklinischen/klinischen Studien verwendet und bewertet werden.

CTSC-Biosynthese, -Verarbeitung und -Reifung

Bei Säugetieren wird CTSC hauptsächlich in Lunge, Milz, Niere und myeloischen Zelllinien exprimiert, insbesondere in Neutrophilen, Monozyten, Mastzellen, Makrophagen und deren Vorläufern. CTSC wird zunächst als 55-kDa einzelketten-monomeres Zymogen synthetisiert, das die "Ausschluss"-Domain (Asp1-Gly119), ein Propeptid (Thr120-His206), eine schwere Kette (Leu207-Arg370) und eine leichte Kette (Asp371-Leu439) enthält, wobei die schwere und die leichte Kette eine papainähnliche Struktur bilden.

Nach der Biosynthese fungiert das 87-Rest-Propeptid als intramolekularer Chaperon, der für das Falten von pro-CTSC zu Dimeren verantwortlich ist. Im Vergleich zu anderen Cystein-Cathepsinen bildet pro-CTSC keine reife Struktur durch automatische Verarbeitung. Studien haben berichtet, dass menschliches pro-CTSC, das in mit Baculovirus transfizierten Insektenzellen exprimiert wird, durch CatL und S in vitro aktiviert werden kann, indem das Propeptid entfernt wird, um die Proteinaktivierung einzuleiten. Diese Proteasen verarbeiten pro-CTSC in zwei Schritten in vitro. Der erste Schritt führt zur Freisetzung der Ausschluss-Domain und zweier Peptide von 36 kDa und 33 kDa. Der zweite Schritt besteht darin, die schwere Kette von jedem Peptid freizusetzen. Hochauflösende Röntgenbeugungsanalysen von menschlichem CTSC zeigen, dass die leichte Kette, die schwere Kette und die Ausschluss-Domain durch nicht-kovalente Wechselwirkungen miteinander verbunden sind. Aktuelle Studien haben jedoch gezeigt, dass die Aktivierung von pro-CTSC bei Mäusen nicht die Teilnahme von CatL und CatS erfordert.

Abbildung 1. 3D-Struktur des verarbeiteten CTSC-Monomers (Korkmaz, B.; et al. 2018)

Biologische Funktionen von CTSC

• Reifung der Neutrophilen-Serinproteasen (NSPs)

In den frühen Stadien der Neutrophilenreifung werden NSPs in inaktive Zymogene synthetisiert. Diese Struktur kann vorzeitige Proteolyse im endoplasmatischen Retikulum verhindern, die zytotoxisch sein könnte. Die Aktivierung von NSP durch CTSC erfolgt während des intrazellulären Transports und der Verpackung in sauren primären Granula und umfasst die Entfernung des N-terminalen Dipeptids, um die aktive Stelle für das Substrat zugänglich zu machen. Studien haben berichtet, dass alle NSP-Aktivitäten in Neutrophilenlysaten von CTSC-defizienten Mäusen stark reduziert sind, was zeigt, dass CTSC eine wichtige führende Rolle bei der Aktivierung von NSP spielt.

• Reifung der Mastzell-Serinproteasen

Die Hauptproteine, die von den sekretorischen Granula der Mastzellen ausgeschüttet werden, sind Serinproteasen, die außerhalb der Zelle durch Bindung an das IgE des Allergens und kationische Peptide, etc. freigesetzt werden. Einige dieser Proteasen wurden durch gezielte Therapien gehemmt. Die reichliche Anwesenheit von Proteasen ist ein Merkmal von Mastzellen, was zu chronischen allergischen Erkrankungen führen kann, die durch IgE vermittelt werden, einschließlich Asthma, Rhinitis, Urtikaria, Mastocytose und Mastzellaktivierungsstörungen. Mastzellen fördern auch die Abwehrmechanismen des Säugetierwirts auf weniger bekannte Weise. Mehrere Mastzellproteasen werden vollständig oder teilweise von CTSC aus inaktiven Zymogenen aktiviert. Daher könnte die Blockade von CTSC die Funktion der Mastzellen verändern.

Abbildung 2. Aktivierung von Pro-Chymase durch CTSC (Korkmaz, B.; et al. 2018)