Протеолиз белков в клетке

Второй путь направления катепсина Д к лизосомам независим от маннозо-6-фосфата и полностью не изучен (Dittmer et al., 1999). Определенная роль этого пути заключается во взаимодействии прокатепсина Д с просапонинами. Эти две молекулы образуют комплексы и движутся к кислым компартментам независимо от маннозо-6-фосфат рецептора. Предположено, что N-терминальная часть псеудокатепсина Д (другими словами С-конец активирующего пептида) может быть включена во взаимодействие между прокатепсином Д и просапонином. Комплексы этих двух молекул обнаружены внеклеточно (Gopalakrishnan et al., 2004).

Прокатепсин Д образуется после первого протеолитического распада, включая удаление сигнального пептида сигнальными пептидазами. Молекула прокатепсина Д имеет молекулярный вес 52 кД. Она состоит из 392 аминокислотных остатков и при нормальных физиологических условиях гликолизируется по двум остаткам аспарагина. Активирующий пептид длиной 44 аминокислотных остатка находится над углублением активной стороны (Koelsch et al., 1994).

Прокатепсин Д транспортируется к лизосомам и в кислой среде подвергается дальнейшему протеолитическому процессингу, где активирующий пептид отщепляется (как автопротеолизом, так и протеолитическим действием других, в основном, цистеиновых лизосомальных пептидаз), образуя катепсин Д, содержащий одну цепь из 348 аминокислотных остатков. При других физиологических условиях единственная цепь катепсина Д преобразуется в двуцепочечную молекулу (у человека за счет отщепления маленького пептида длиной 7 аминокислотных остатков между положением 98 и 105) (Fusek et al., 1992). В действительности тяжелые и легкие цепи обычно образуются смесью нескольких микрогетерогенных цепей, которые различаются за счет незначительных изменений в молекулярном весе. Эксперименты in vitro показали, что в результате автопротеолиза прокатепсин Д превращается в так называемый псеудокатепсин Д, который все еще содержит С-терминальную часть активирующего пептида (Fusek, Vetvicka, 2005).

Основная функция катепсина Д - это внутриклеточный катаболизм внутри лизосомального компартмента (Conner, 2002). Катепсин Д также включается в процессинг антигенов, гормонов и нейропептидов (Mohamadzadeh et al., 2004). Прокатепсин Д также принимает участие в программированной клеточной смерти - апоптозе (Bidere et al., 2003; Takuma et al., 2003; Emert-Sedlack et al., 2005). Увеличение экспрессии катепсина Д наблюдается при заживлении ран, псориазе и опухолях кожи (Egberts et al., 2004).

Хотя большая часть катепсина Д обнаружена в растворимой части клеток человека, но 20% все же являются мембранно-связанными (Diment et al., 1998).

Высокие концентрации прокатепсина Д были обнаружены в грудном молоке человека (Vetvicka et al., 1993). В 80-е годы во время исследования основных белков, секретируемых раковыми клетками груди линии MCF7, было обнаружено, что основная масса белка - это молекулы с молекулярным весом 52 кДа (Fusek, Vetvicka, 2005). Дальнейшее исследование показало, что эта молекула соответствует прокатепсину Д, который секретируется в высоких концентрациях из определенного типа раковых опухолей груди в присутствии эстрогена. Двадцать пять лет спустя было засвидетельствовано, что прокатепсин Д экспрессируется и секретируется во многих раковых клетках и во многих из них добавление эстрогена и прогестерона увеличивало его экспрессию и секрецию (Rochefort et al., 2000).

У клеток с эстроген-положительным рецептором прокатепсин Д секретируется только после стимуляции эстрогеном, в то время как существенная секреция происходит в клетках с эстроген-отрицательным рецептором. В клетках с эстроген-положительным рецептором эстроген взаимодействует и регулирует экспрессию прокатепсина Д на уровне промотера. Секретируемый прокатепсин Д имеет способность к стимуляции роста и пролиферации раковой клетки, то есть способствует метастазам раковых клеток (Vetvicka et al., 2002).

Катепсин Д может служить независимым прогностическим фактором многих типов рака. Используя многоклеточные антитела специфические для про-формы, было показано, что уровень прокатепсина Д увеличивается в плазме пациентов с метастазом рака груди (Leto et al., 2004; Loscha et al., 2004).

Общая экспрессия катепсина Д в раковых клетках увеличивает концентрацию прокатепсина Д. Это в основном лежит в увеличении насыщения маннозо-6-фосфат-рецепторного пути, также как и других альтернативных путей. Эти клетки будут также направлять больше прокатепсина Д в лизосомы, что ведет к увеличению протеолитической активности лизосомального компартмента. С другой стороны, катепсин Д протеолитически активен при рН около 5.5 и трудно обнаружить такое низкое значение рН внеклеточно в тканях опухоли (Meijer-van Gelder et al., 2001; Laurent-Matha et al., 2005).