カルパイン（[ 1 ] EC 3.4.22.52、EC 3.4.22.53 依存性非リソソームシステイン プロテアーゼ （タンパク質分解酵素 ）ファミリーに属するタンパク質です。カルパインは MEROPS データベースのプロテアーゼクランCA のC2ファミリーを構成します。カルパインタンパク質分解システムには、カルパインプロテアーゼ、CAPN4としても知られる小さな調節サブユニットCAPNS1 、および内因性カルパイン特異的阻害剤であるカルパスタチンが含まれます 。
発見 カルパインの発見の歴史は1964年に遡る。当時、脳 、眼の水晶体 、その他の組織 において、「カルシウム活性化中性プロテアーゼ」（CANP）によって引き起こされるカルシウム依存性タンパク質分解活性が検出された。1960年代後半には、ラットの脳と骨格筋の両方で、この酵素が独立して単離され、特性が明らかにされた。これらの活性は、 リソソーム とは関連付けられず、中性pH で最適活性を示す細胞内システインプロテアーゼによって引き起こされており、カテプシン ファミリーのプロテアーゼとは明らかに異なっていた。カルシウム依存性活性、細胞内局在、および基質に対する限定的かつ特異的なタンパク質 分解は、カルパインが消化プロテアーゼではなく、調節プロテアーゼとしての役割を担っていることを強調していた。この酵素の配列が判明したとき、[ 2 ] カルモジュリン とパパイヤのシステインプロテアーゼで あるパパイン との共通の性質を認識して、「カルパイン」という名前が付けられました。その後まもなく、この活性は主に試験管内でのカルシウム要求性が異なる μ ("mu")-カルパインと m-カルパイン (またはカルパイン I と II) と呼ばれる 2 つの主要なアイソフォームに起因することがわかりました。これらの名前は、それぞれ 細胞内のマイクロモル濃度とほぼミリモル 濃度の Ca 2+ によって活性化されるという事実を反映しています。 [ 3 ]
現在までに、これら2つのアイソフォームはカルパインファミリーの中で最もよく特徴づけられているメンバーである。構造的には、これら2つのヘテロ二量体 アイソフォームは同一の小型（28 kDa）サブユニット（CAPNS1 （旧CAPN4））を共有するが、カルパイン1とカルパイン2として知られる異なる大型（80 kDa）サブユニットを持つ（それぞれCAPN1 CAPN2
関数 カルパインの生理的役割はまだ十分に解明されていませんが、細胞の移動 や細胞周期の 進行などのプロセス、およびニューロンの長期増強や筋芽細胞の細胞融合などの細胞型特異的な機能に積極的に関与していることが示されています。これらの生理的条件下では、細胞へのカルシウムの一過性かつ局所的な流入により、 カルパインの 小さな局所 集団（ 例えば、Ca 2+ チャネルに近いもの）が活性化され、標的タンパク質の制御されたタンパク質分解を触媒する ことでシグナル伝達経路が進行します。 [ 8 ] プロテインキナーゼ A によるリン酸化とアルカリホスファターゼ による脱リン酸化は、構造中のランダムコイルの増加と β シートの減少により、μ-カルパインの活性を正に調節することがわかっています。リン酸化はタンパク質分解活性を向上させ、μ-カルパインの自己活性化を促進します。しかし、カルシウム濃度の上昇はカルパイン活性に対するリン酸化および脱リン酸化の影響を凌駕するため、カルパイン活性は最終的にカルシウムの存在に依存する。[ 9 ] 細胞機能、 凝固および 血管 径の調節、記憶 における役割などが挙げられる。カルパインはアポトーシス細胞死 に関与しており、壊死 の必須成分であると考えられている。界面活性剤分画により、カルパインの細胞質局在が明らかになった。[ 8 ]
CAPNS1によって調節されるカルパイン活性の亢進は、低酸素環境下での血小板の過剰反応に大きく寄与する。[ 10 ]
脳内では、μ-カルパインは主にニューロン の細胞体 と樹状突起に存在し、 軸索 やグリア細胞 にはそれほど多く存在しないが、m-カルパインはグリア細胞に存在し、軸索には少数存在する。[ 11 ] [ 12 ]
臨床的意義
病理学 細胞内のカルパインの構造的および機能的多様性は、幅広い疾患の病因への関与に反映されている。少なくとも2つのよく知られた遺伝性疾患と1つの癌が、組織特異的カルパインと関連付けられている。哺乳類カルパイン3（p94としても知られる）は、欠陥があると肢帯型筋ジストロフィー2A型の原因となる遺伝子産物であり、[ 13 ] [ 14 ] アルツハイマー病 [ 15 ] 白内障 形成などのカルシウム恒常性の変化に関連する多くの病態、および心筋虚血、脳（神経）虚血、外傷性脳損傷、脊髄損傷後の急性細胞ストレスに起因する二次的変性に関与している。過剰な量のカルパインは、脳血管障害（ 虚血カスケード 中）後のCa2 + 流入、またはびまん性軸索 損傷などの一部のタイプの外傷性脳損傷 によって活性化される可能性がある。細胞内のカルシウム濃度の増加はカルパインの活性化をもたらし、標的タンパク質と非標的タンパク質の両方の制御されないタンパク質分解とそれに伴う不可逆的な組織損傷につながる。過剰に活性化したカルパインは、スペクトリン 、微小管サブ ユニット、微小管結合タンパク質 、神経フィラメント などの細胞骨格 分子を分解します。[ 16 ] [ 17 ] イオンチャネル 、他の酵素、細胞接着分子 、細胞表面受容体に も損傷を与える可能性があります。[ 11 ] 形質膜 の劣化につながる可能性があります。カルパインは、軸索伸展損傷によって損傷したナトリウムチャネル も分解する可能性があり、 [ 18 ] ナトリウム 流入を引き起こします。これは、ニューロンの 脱分極とさらなるCa2 + 流入につながります。カルパイン活性化の重大な結果の一つは、心筋収縮機能障害 の発症です。[ 19 ] [ 10 ]
治療阻害剤 したがって、カルパイン活性の外因性調節は、さまざまな病態における治療法の開発にとって興味深い。虚血におけるカルパイン阻害の治療可能性を裏付ける多くの例のうちのいくつかとして、カルパイン阻害剤AK275は 、虚血後に投与するとラットの局所虚血性脳損傷から保護し、MDL28170は ラットの局所虚血モデルで損傷した梗塞組織のサイズを大幅に減少させた。また、カルパイン阻害剤には神経保護効果があることが知られている：PD150606、[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]
カルパインは頭部外傷後最大1ヶ月間脳内で放出され、そのような外傷後に見られる脳の萎縮の原因となっている可能性がある。[ 25 ] [ 25 ]
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