CTSH

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Abstract

Cathepsin H (EC 3.4.22.16), wie andere lysosomale Cysteinproteasen, ist an der intrazellulären Proteinabbau beteiligt. Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass die Spiegel von Cathepsin H oder cathepsin H-ähnlichen Enzymen in Krankheitszuständen, wie Brustkarzinom und Melanom, erhöht sind. Die Aktivität von Cathepsin H ist bei Mukolipidose II zusammen mit der Aktivität anderer Cathepsine reduziert. Cysteinproteasen sind nicht nur lysosomale Enzyme, sie sind auch an vielen Prozessen außerhalb des Lysosoms beteiligt. Zum Beispiel degradiert ein cathepsin H-ähnliches Enzym, das in Zellen menschlicher Melanomzelllinien gefunden wird, Fibrinogen und Fibronectin und könnte somit an der Zerstörung von Komponenten der extrazellulären Matrix zusammen mit anderen Proteasen beteiligt sein, was zu Krebsproliferation, Migration und Metastasierung führt.

Reifes Cathepsin H besteht aus einer N-terminalen schweren Kette, einer C-terminalen leichten Kette und einem Oktapeptid, das als Mini-Kette bezeichnet wird. Der Schnitt des Enzyms zwischen der schweren und der leichten Kette ist partiell, und das Verhältnis der geschnittenen zur ungeschnittenen Form variiert zwischen Arten und Organen, aber im Allgemeinen ist die doppelsträngige Form in größeren Mengen vorhanden als die dreifachsträngige Form. Die Sequenzhomologie zeigt, dass Cathepsin H zur Papain-ähnlichen Cysteinprotease-Superfamilie gehört, die auch die lysosomalen Cathepsine B, L, S, K und N von Säugetieren sowie die Pflanzenenzyme Papain, Actinidin, Aleurain und Oryzains umfasst.

Cathepsin H wird von Stefinen, Cystatinen und Kininogenen gehemmt. Cathepsin H interagiert stärker als Cathepsin B, jedoch nicht so stark wie die Endopeptidasen Papain und Cathepsin L. Eine Ausnahme ist Stefin B, das ein potenterer Inhibitor von Cathepsin H als Endopeptidase ist. Im Gegensatz zu Cathepsin B, L, S und K wird Cathepsin H nur langsam durch irreversible epoxysuccinylbasierte Inhibitoren, die von E-64 abgeleitet sind, gehemmt. Cathepsine H, B und C sind die einzigen bekannten papain-ähnlichen lysosomalen Cystein-Exopeptidasen. Cathepsin H ist eine Aminopeptidase, die ein einzelnes N-terminales Rest von einer Polypeptidkette abspaltet, Cathepsin C ist eine Aminodipeptidase, und Cathepsin B ist eine Carboxydipeptidase.

Gesamtstruktur

Die Struktur bestätigte das Muster der Disulfidbrücken im bovinen Cathepsin H, einschließlich der zwischen Cys205 und der Minikette Cys80P. Die drei Disulfidbrücken, Cys22-Cys63, Cys56-Cys95 und Cys154-Cys200, sind topologisch äquivalent zu denen in Actinidin. Cathepsin H ist ein ellipsoides Molekül mit Abmessungen von 32 × 26,5 × 24 Å. Seine Faltung ist typisch für Mitglieder der Papain-Superfamilie. Diese Struktur umfasst den Körper des Enzyms, der aus rechten (R-) und linken (L-) Domänen besteht, und einem an die R-Domäne gebundenen Oktapeptid. Die vorherrschende Sekundärstruktur in der L-Domäne ist die Alpha-Helix, während die R-Domäne das Beta-Fass ist. Die Kontaktoberfläche dieser beiden Domänen wird durch Wasserstoffbrücken und hydrophobe Kontakte stabilisiert. Die Überlagerung der Cα-Atome von Cathepsin H auf die Cα-Atome von Papain, Actinidin und Cathepsin B zeigte, dass die 180 Aminosäurereste von Cathepsin H und Actinidin topologisch äquivalent sind, 173 mit Papain und 156 mit menschlichem Cathepsin B. Cathepsin H ist in seiner Struktur am ähnlichsten zu Actinidin, und sie unterscheiden sich hauptsächlich durch Einfügungen und Löschungen in den Schleifenbereichen. Reifes porzines Cathepsin H hat N-Glykosylierungsstellen an Asn112 am Enzymkörper und Asn79P an der Minikette. Die Asn79P-Seitenkette ist glykosyliert, aber die beobachtete Elektronendichtekarte ist nicht klar genug, um die Zuckerringe zu identifizieren.

Abbildung 1. Die Gesamtstruktur von Cathepsin H (Guncar, G.; et al. 1998)

Die aktive Stelle der papain-ähnlichen Cysteinprotease verläuft über die Oberseite des Moleküls. Der Spalt ist am Ende breit und in der Mitte schmal, wo sich die katalytischen Reste Cys25, His159 und Gln19 befinden. In der Struktur von Cathepsin H ist die Vorderseite des Spalts mit Kohlenhydratresten auf der linken Seite und der Minikette in der Mitte gefüllt, während der hintere Teil unbesetzt und somit frei für die Substratbindung ist.

Abbildung 2. Stereo Ansicht der Minikettenbindung im aktiven Spalt (Guncar, G.; et al. 1998)