钙蛋白酶

钙蛋白酶的发现史源于1964年，当时在大脑、眼睛晶状体和其他组织中检测到由“钙激活中性蛋白酶”（CANP）引起的钙依赖性蛋白水解活动。在1960年代后期，这些酶在大鼠脑和骨骼肌中被分离和独立表征。这些活性是由与溶酶体不相关的细胞内半胱氨酸蛋白酶引起的，并且在中性pH值下具有最佳活性，这清楚地将其与蛋白酶的组织蛋白酶家族区分开来。钙依赖性活性、细胞内定位以及其底物上有限的特异性蛋白酶解，突出了钙蛋白酶作为调节蛋白酶而不是消化蛋白酶的作用。当这种酶的序列为人所知时，[1]它被命名为“钙蛋白酶”，以识别其与当时两种众所周知的蛋白质的共同特性，即钙调节信号蛋白、钙调蛋白和木瓜蛋白酶。此后不久，人们发现该活性可归因于两种主要的同工型，称为μ-钙蛋白酶和m-钙蛋白酶（或钙蛋白酶I和II），它们的体外钙需求主要不同。它们的名称反映了它们分别被细胞内微摩尔浓度和近毫摩尔浓度的Ca²⁺激活的事实。[2]

迄今为止，这两种同种型仍然是钙蛋白酶家族中最具特征的成员。在结构上，这两种异二聚体同工型共享一个相同的小（28 kDa）亚基（CAPNS1，前称CAPN4），但具有不同的大（80 kDa）亚基，称为钙蛋白酶1和钙蛋白酶2（分别由CAPN1和 CAPN2基因编码）。

没有特定的氨基酸序列能够被钙蛋白酶唯一识别。在蛋白质底物中，三级结构元件可能负责将切割引导至特定底物，而非一级氨基酸序列。在肽和小分子底物中，最一致报道的特异性是P2位的小疏水氨基酸（例如亮氨酸、缬氨酸和异亮氨酸）和P1位的大疏水氨基酸（例如苯丙氨酸和酪氨酸）。[3]可以说，目前最好的荧光钙蛋白酶底物是(EDANS)-Glu-Pro-Leu-Phe=Ala-Glu-Arg-Lys-(DABCYL)，切割发生在 Phe=Ala键上。

人类基因组计划揭示了存在十几种其他钙蛋白酶异构体，其中一些具有多种剪接变体。[4][5][6]作为第一个确定了三维结构的钙蛋白酶，m-钙蛋白酶是MEROPS数据库中C2（钙蛋白酶）家族的类型蛋白酶。

尽管对钙蛋白酶的生理作用仍然知之甚少，但它们已被证明是细胞移动和细胞周期进程等过程的积极参与者，以及成肌细胞内的细胞类型特异性功能，如神经元中的长期增强作用和细胞融合等。在这些生理条件下，短暂和局部的钙流入细胞会激活少量的局部钙蛋白酶（例如，靠近Ca²⁺通道的钙蛋白酶），然后通过催化其靶蛋白的受控蛋白水解来推进信号转导途径。[7]此外，已发现蛋白激酶A的磷酸化和碱性磷酸酶的去磷酸化通过增加无规卷曲和减少其结构中的β-折叠来正向调节μ-钙蛋白酶的活性。磷酸化可提高蛋白水解活性并刺激μ-钙蛋白酶的自动激活。然而，增加的钙浓度超过了磷酸化和去磷酸化对钙蛋白酶活性的影响，因此钙蛋白酶活性最终取决于钙的存在。[8]据报告，钙蛋白酶的其他作用是在细胞功能中，帮助调节凝血和血管直径，并在记忆中发挥作用。钙蛋白酶与凋亡细胞死亡有关，并且似乎是坏死的重要组成部分。洗涤剂分级揭示了钙蛋白酶的细胞溶质定位。[7]

由CAPNS1调节的、增强的钙蛋白酶活性显着促进了缺氧环境下的血小板高反应性。[9]

在大脑中，μ-钙蛋白酶主要位于细胞体和神经元的树突中，轴突和神经胶质细胞中的程度较低，而m-钙蛋白酶在神经胶质细胞中被发现，而在轴突中发现了少量。[10]由于运动和营养状态改变，钙蛋白酶还参与骨骼肌蛋白质分解。[11]