고중성지방혈증은 죽상동맥경화증의 주요한 위험 요인 중 하나이다. 중성지방은 대식세포의 세포 사멸을 유도하여 죽상동맥경화증 발생에 기여하는 것으로 알려져 있다. 본 연구팀은 앞선 연구에서 대식세포의 중성지방-유도 세포 사멸이 pannexin-1 활성화에 의한 세포 외 ATP 농도 증가, caspase-2와 caspase-1 활성화, caspase-8을 포함한 apoptotic caspase 활성화 경로로 일어나는 것을 보고하였다. 한편 다른 연구들에서는 세포 내 다른 여러 기전에서 caspase-8이 caspase-1과 -2의 상위 단백질이라 보고하고 있다. 따라서 본 연구에서는 caspase-8이 중성지방-유도 대식세포 사멸 과정에서 상위단백지로 영향을 미치는지 여부를 조사하기 위해 수행되었다. 본 연구진은 caspase-8이 중성지방-유도 대식세포 사멸 과정에서 caspase-3 활성화 및 PARP 절단을 유도하였다. 다음으로 중성지방이 처리된 대식세포에서 caspase-8 억제 시, caspase-8의 상위 단백질로 보고한 caspase-1 및 -2의 활성이 감소하는 것을 확인하였다. 또한 ATP 처리 시 caspase-8 억제제 처리에 의해 감소된 caspase-2의 활성이 회복되는 것을 확인하였다. 위의 결과를 통해 caspase-8이 중성지방-유도 대식세포 사멸 과정에서 세포 외부 ATP 농도 증가에 관여하는 단백질 또는 그 상위 기전에 양성피드백 방식으로 영향을 미쳐 caspase-1과 -2를 활성화하여 중성지방-유도 대식세포 사멸을 증진시킴을 알 수 있다.
세포 사멸은 항상성을 유지하기 위해 세포군을 조절하는 중요한 메커니즘이며 시스테인 단백질분해효소 중 하나인 카스파제는 세포 사멸 경로의 중요한 중재자이다. Caspase-8은 세포외 자극에 의해 시작되는 외인성 세포자멸 경로의 개시자 카스파제이다. Caspase-8에는 보존된 도메인인 N-말단의 두개의 죽음 이펙터 도메인(DED)과 C-말단의 2개의 촉매 도메인을 가지며, 이는 이러한 외인성 세포자멸 경로에 중요하게 작용한다. 외인성 세포멸사 경로에서, TNF 슈퍼패밀리인 죽음 수용체는 세포 외부로부터의 죽음 수용체 특이적 리간드의 결합에 의해 활성화된다. 활성화된 죽음 수용체가 어댑터 단백질인 Fas-associated death domain 단백질(FADD)을 모집한 후, 죽음 수용체와 FADD의 죽음 도메인(DD)이 서로 결합하고 죽음 수용체와 결합한 FADD가 caspase-8의 전구체 형태인 procaspase-8을 모집한다. FADD와 procaspase-8의 죽음 이펙터 도메인은 서로 결합하고 FADD에 결합된 procaspase-8은 prodomain의 절단에 의해 활성화된다. 이 죽음 수용체-FADD-caspase-8 복합체는 세포사멸 유도 신호복합체(DISC)라고 한다. 세포 FLICE 억제 단백질(c-FLIPs)은 세포사멸을 억제하는 역할과 촉진하는 역할을 모두 수행하여 caspase-8의 활성화를 조절하고 caspase-8 활성화는 caspase-3와 같은 작동자 카스파제를 활성화를 시킨다. 마지막으로 활성화된 작동자 카스파제는 DNA 분해, 핵 응축, 세포막 수포 및 카스파제 기질의 단백질 분해에 작용하여 세포사멸을 완료한다.
Amyloid-${\beta}$-peptide ($A{\beta}$) is important in the pathogenesis of Alzheimer's disease (AD). Calpain ($Ca^{2+}$-dependent protease) and caspase-8 (the initiating caspase for the extrinsic, receptor-mediated apoptosis pathway) have been implicated in $AD/A{\beta}$ toxicity. We found that $A{\beta}$ promoted degradation of calpastatin (the specific endogenous calpain inhibitor); calpastatin degradation was prevented by inhibitors of either calpain or caspase-8. The results implied a cross-talk between the two proteases and suggested that one protease was responsible for the activity of the other one. In neuron-like differentiated PC12 cells, calpain promotes active caspase-8 formation from procaspase-8 via the $A{\beta}$ and CD95 pathways, along with degradation of the procaspase-8 processing inhibitor caspase-8 (FLICE)-like inhibitory protein, short isoform (FLIPS). Inhibition of calpain (by pharmacological inhibitors and by overexpression of calpastatin) prevents the cleavage of procaspase-8 to mature, active caspase-8, and inhibits FLIPS degradation in the $A{\beta}$-treated and CD95-triggered cells. Increased cellular Ca2+ per se results in calpain activation but does not lead to caspase-8 activation or FLIPS degradation. The results suggest that procaspase-8 and FLIPS association with cell membrane receptor complexes is required for calpain-induced caspase-8 activation. The results presented here add to the understanding of the roles of calpain, caspase- 8, and CD95 pathway in $AD/A{\beta}$ toxicity. Calpain-promoted activation of caspase-8 may have implications for other types of CD95-induced cell damage, and for nonapoptotic functions of caspase-8. Inhibition of calpain may be useful for modulating certain caspase-8-dependent processes.
EphA7 has been implicated in the regulation of apoptotic cell death in neural epithelial cells. In this report, we provide evidence that EphA7 interacts with caspase-8 to induce apoptotic cell signaling. First, a pull-down assay using biotinylated ephrinA5-Fc showed that EphA7 co-precipitated with wild type caspase-8 or catalytically inactive caspase-8 mutant. Second, co-transfection of EphA7 with caspase-8 significantly increased the number of cleaved caspase-3 positive apoptotic cells under an experimental condition where transfection of EphA7 or caspase-8 alone did not affect cell viability or apoptosis. EphA4 also had a causative role in inducing apoptotic cell death with caspase-8, whereas EphA8 did not. Third, caspase-8 catalytic activity was essential for the apoptotic signaling cascade, whereas tyrosine kinase activity of the EphA4 receptor was not. Interestingly, we found that kinase-inactive EphA4 was well co-localized at the plasma membrane with catalytically inactive caspase-8, suggesting that an interaction between these mutant proteins was more stable. Finally, we observed that the extracellular region of the EphA7 receptor was critical for interacting with caspase-8, whereas the cytoplasmic region of EphA7 was not. Therefore, we propose that Eph receptors physically associate with a transmembrane protein to form an apoptotic signaling complex and that this unidentified receptor-like protein acts as a biochemical linker between the Eph receptor and caspase-8.
Park, Young-Hoon;Han, Chang Woo;Jeong, Mi Suk;Jang, Se Bok
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제32권8호
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pp.1034-1040
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2022
Fas-associated death domain (FADD) is an adapter molecule that bridges the interaction between receptor-interacting protein 1 (RIP1) and aspartate-specific cysteine protease-8 (caspase-8). As the primary mediator of apoptotic cell death, caspase-8 has two N-terminal death-effector domains (DEDs) and it interacts with other proteins in the DED subfamily through several conserved residues. In the tumor necrosis receptor-1 (TNFR-1)-dependent signaling pathway, apoptosis is triggered by the caspase-8/FADD complex by stimulating receptor internalization. However, the molecular mechanism of complex formation by the DED proteins remains poorly understood. Here, we found that direct DED-DED interaction between FADD and caspase-8 and the structure-based mutations (Y8D/I128A, E12A/I128A, E12R/I128A, K39A/I128A, K39D/I128A, F122A/I128A, and L123A/I128A) of caspase-8 disrupted formation of the stable DED complex with FADD. Moreover, the monomeric crystal structure of the caspase-8 DEDs (F122A/I128A) was solved at 1.7 Å. This study will provide new insight into the interaction mechanism and structural characteristics between FADD and caspase-8 DED subfamily proteins.
Byung Chul Jung;Hyun-Kyung Kim;Sung Hoon Kim;Yoon Suk Kim
BMB Reports
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제56권3호
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pp.166-171
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2023
Monocytes are peripheral leukocytes that function in innate immunity. Excessive triglyceride (TG) accumulation causes monocyte death and thus can compromise innate immunity. However, the mechanisms by which TG mediates monocyte death remain unclear to date. Thus, this study aimed to elucidate the mechanisms by which TG induces monocyte death. Results showed that TG induced monocyte death by activating caspase-3/7 and promoting poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) cleavage. In addition, TG induced DNA damage and activated the ataxia telangiectasia mutated (ATM)/checkpoint kinase 2 and ATM-and Rad3-related (ATR)/checkpoint kinase 1 pathways, leading to the cell death. Furthermore, TG-induced DNA damage and monocyte death were mediated by caspase-2 and -8, and caspase-8 acted as an upstream molecule of caspase-2. Taken together, these results suggest that TG-induced monocyte death is mediated via the caspase-8/caspase-2/DNA damage/executioner caspase/PARP pathways.
Triglyceride (TG) accumulation causes macrophage cell death, which affects the development of atherosclerosis. Here, we examined whether caspase-2 is implicated in TG-induced macrophage cell death. We found that caspase-2 activity is increased in TG-treated THP-1 macrophages, and that inhibition of caspase-2 activity drastically inhibits TG-induced cell death. We previously reported that TG-induced macrophage cell death is triggered by caspase-1, and thus investigated the relationship between caspase-2 and caspase-1 in TG-induced macrophage cell death. Inhibition of caspase-2 activity decreased caspase-1 activity in TG-treated macrophages. However, caspase-1 inhibition did not affect caspase-2 activity, suggesting that caspase-2 is upstream of caspase-1. Furthermore, we found that TG induces activation of caspase-3, -7, -8, and -9, as well as cleavage of PARP. Inhibition of caspase-2 and -1 decreased TG-induced caspase-3, -7, -8, and -9 activation and PARP cleavage. Taken together, these results suggest that TG-induced macrophage cell death is mediated via the caspase-2/caspase-1/apoptotic caspases/PARP pathways.
이 연구는 실험용 쥐를 대상으로 운동에 따라 골격근에서 일어나는 세포고사 경로 중 내인성 경로와 외인성경로에 의해 이루어지는 세포고사의 신호기전을 확인하여 운동이 세포고사에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 구명하는데 있다. 이를 위해 ICR계 수컷 흰쥐 20마리를 일주일의 적응기간을 거쳐 통제집단(CON: n=10)과 운동집단(EX: n=10)으로 배정하였다. 운동은 8주간 주 5회 실시하였고, 트레드밀 속도 16.4 m/min와 경사도 4%로 설정하여 40분간 지속적인 운동을 실시하였다. 세포고사의 신호 경로 중 내인성 경로에 대한 검증 결과 Bcl-2, Bax 단백질, 그리고 Bcl-2/ Bax ratio는 그룹간 통계적 유의성은 나타나지 않았다. 반면, 세포고사의 경로 중 외인성 경로에 대한 검증 결과 caspase-8 단백질의 발현은 운동집단이 통제집단보다 유의하게 낮은 것으로 나타났으며(p<0.05), 세포고사 억제 단백질인 HSP70 단백질 발현은 운동집단이 통제집단보다 높게 나타났다. 더욱이, 세포고사 최종인자인 caspase-3의 활성화는 이루어 지지 않은 것으로 관찰되었다. 따라서 세포사멸의 신호경로 중 내인성 경로에 작용하는 Bcl-2와 Bax보다는 외인성 경로인 caspase-8과 HSP70의 영향으로 caspase-3가 분할되지 못하여 세포고사가 일어나지 않은 것으로 사료된다.
Hyperlipidemia is defined as conditions of the accumulation of lipids such as free fatty acids (FFA), triglyceride (TG), cholesterol and/or phospholipid in the bloodstream. Hyperlipidemia can cause lipid accumulation in non-adipose tissue, which is lipid-cytotoxic effects in many tissues and mediates cell dysfunction, inflammation or programmed cell death (PCD). TG is considered to be a major cause of atherosclerosis through inflammatory necrosis of vascular endothelial cells. Recently, TG have also been shown to exhibit lipid-cytotoxicity and induce PCD. Therefore, we investigated the effect of TG on the cytotoxic effect of various cell types. When exposed to TG, the cell viability of U937 monocytes and Jurkat T lymphocytes, as well as the cell viability of MCF-7, a non-immune cell, decreased in time- and dose-dependent manner. In U937 cells and Jurkat cells, caspase-9, an intrinsic apoptotic caspase, and caspase-8, an extrinsic apoptotic caspase, were increased by exposure to TG. However, in TG-treated MCF-7 cells, caspase-8 activity increased only without caspase-9 activity. In addition, the reduction of cell viability by TG was recovered when all three cell lines were treated with pan-caspase inhibitor. These results suggest that activation of apoptotic caspases by TG causes lipotoxic effect and decreases cell viability.
Apoptosis is an important significance in the pathogenesis of cancer. Caspase 3 and p53 have been identified as important members of the apoptosis related proteins. This study was performed to define roles of caspase 3 expression and its relationship with p53 expression in endometrial cancers by immunohistochemistry. Immunoreactivity for caspase 3 was found in 13 (65.0%) out of 20 endometrial hyperplasia cases and 8 (36.4%) out of 22 endometrial cancers. Seven (87.5%) of the 8 cases with a positive caspase 3 immunoreactivity showed a positive p53 expression in 22 endometrial cancers. There were no significant associations between caspase 3 and p53 expressions. These findings suggest that caspase 3 expression might be associated with carcinogenesis of endometrial cancers. Further studies are needed to define the relationship between caspase 3 and p53 and apoptosis for examining the mechanisms of tissue-specific apoptosis related protein.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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