Apoptose oder programmierter Zelltod wird durch Cystein-Proteasen, den Caspasen reguliert. Caspasen werden zunächst als Zymogene translatiert und erfahren eine Aktivierungsspaltung im Zuge apoptotischer Stimuli. Folglich kann die Initiation und Ausführung des apoptotischen Programms durch die Regulation der Zymogen-Aktivierung oder die Inhibition bereits aktiver Caspasen durch die IAPs (inhibitor of apoptosis proteins) kontrolliert werden. IAPs bestehen aus einer oder mehreren BIR-(baculovirus IAP repeat) Domänen, die globuläre Domänen mit einem drei-Cystein-ein-Histidin Zinkbindungsmotiv darstellen. Einer der effektivsten Caspase-Inhibitoren unter den IAPs ist XIAP (X-linked inhibitor of apoptosis). XIAP besteht aus drei BIR-Domänen und einem RING-Finger. Biochemische Studien identifizierten die zweite BIR-Domäne und einen Teil der Linker-Sequenz zwischen der ersten und zweiten BIR-Domäne (den Linker) als notwendig und ausreichend für die Inhibition der Caspasen-3 und -7. Die Strukturen der Caspase-3/XIAP-BIR2 und Caspase-7/XIAP-BIR2 Komplexe, die in dieser Arbeit vorgestellt werden, erlauben das Verständnis der Inhibition dieser Caspasen durch XIAP. Die Helix in der N-terminalen Region des Linkers blockiert das katalytische Zentrum der Protease. Der Rest des Linkers liegt entlang der Substratbindungsrinne, aber in reverser Orientierung im Vergleich zur Substratbindung. Die BIR-Domäne bindet Caspase-3 an sekundärer Stelle in der Caspase-3/BIR2 Struktur bzw. ist nicht in der Elektronendichtekarte definiert in der Caspase-7/BIR2 Struktur. Diese Ergebnisse zeigen, daß die primäre Funktion der BIR-Domäne nicht in der direkten Inhibition der katalytischen Maschinerie liegt. Die BIR-Domäne wird vielmehr zur Stabilisierung und Regulation der Inhibition durch die Linker-Region von XIAP-BIR2 benötigt. Die andere Möglichkeit Caspasen zu regulieren liegt in der kontrollierten Aktivierung durch limitierte Proteolyse der Zymogene. Diese Spaltung findet im Inter-Domänen-Linker der katalytischen Domäne der Caspasen statt und resultiert in der Bildung der großen und kleinen Untereinheiten der aktiven Form. Die Kristallstruktur der Procaspase-7, die ebenfalls in dieser Arbeit präsentiert wird, liefert Informationen über den Mechanismus der Caspase-Zymogen Aktivierung. Sie zeigt, daß die C-terminalen Segmente der Linker-Region in den zentralen Hohlraum an der Interaktionsfläche der beiden Monomere zurückgefaltet sind. Diese ‘blocking segments’ verursachen eine sterische Spannung im zentralen Hohlraum. Die Hauptkonzequenz ist die dramatische Verschiebung eines Loops, der essentiell für die Substratbindung ist, was die Inaktivität der Procaspase zur Folge hat. Des weiteren ist die Bildung eines wichtigen und charakteristischen ‘Vier-Strang Bündels’, das die terminalen Regionen der gespaltenen Linker in aktiven (inhibitor gebundenen) Caspasen beinhaltet, nicht möglich. Der Vergleich dieser strukturellen Elemente in verschiedenen Caspasen weist auf einen gemeinsamen Aktivierungsmechanismus hin und liefert eine mögliche Erklärung für das unterschiedliche Aktivierungsverhalten unter den Caspasen.     «

Apoptose oder programmierter Zelltod wird durch Cystein-Proteasen, den Caspasen reguliert. Caspasen werden zunächst als Zymogene translatiert und erfahren eine Aktivierungsspaltung im Zuge apoptotischer Stimuli. Folglich kann die Initiation und Ausführung des apoptotischen Programms durch die Regulation der Zymogen-Aktivierung oder die Inhibition bereits aktiver Caspasen durch die IAPs (inhibitor of apoptosis proteins) kontrolliert werden. IAPs bestehen aus einer oder mehreren BIR-(baculovirus I...     »

Apoptosis or programmed cell death is mediated by cysteine proteases termed caspases. Caspases are initially translated as zymogens and undergo an activation cleavage upon apoptotic stimuli. Thus the initiation and execution of the apoptotic program can be controlled by the regulation of zymogen activation or the inhibition of active caspases, which is achieved by the IAPs (inhibitor of apoptosis proteins). IAPs consist of one or more BIR (baculovirus IAP repeat) domains, which are globular domains with a three-cysteine, one-histidine zinc binding motif. One of the most potent caspase inhibitors among the IAPs is XIAP (X-linked inhibitor of apoptosis). It consists of three BIR domains and one RING finger. Biochemical studies identified the second BIR domain and a part of the linker sequence between the first and the second BIR domain (the linker) to be necessary and sufficient for the inhibition of Caspase-3 and -7. The structures of the Caspase-3/XIAP-BIR2 and Caspase-7/XIAP-BIR2 complexes presented in this work allow an understanding of the inhibition of these caspases by XIAP. The helix in the N-Terminal region of the linker blocks the catalytic center of the protease. The remainder of the linker lies across the substrate binding cleft, but in reverse orientation compared to substrate binding. The BIR domain binds to caspase-3 at a second site in the Caspase-3/BIR2 structure and is not defined by electron density in the Caspase-7/BIR2 structure. This shows that the primary function of the BIR-domain does not lie in the direct inhibition of the catalytic machinery. The BIR domain is rather needed for the stabilization and regulation of the inhibition by the linker region of XIAP-BIR2. The other possibility to regulate caspases is the controlled activation by limited proteolysis of the zymogens. This cleavage takes place in the inter domain linker of the catalytic domain of the caspase, resulting in a large and small subunit in the active form. The crystal structure of procaspase-7, which is also presented in this work, provides information for the mechanism of caspase-zymogen activation. It shows the C-terminal segments of the linker region folded back into the central cavity at the interface of the two monomers. These ‘blocking-segments’ cause a steric tension in the central cavity. The main consequence is a dramatic shift of a loop essential for substrate binding, which renders the procaspase inactive. Furthermore is the formation of an important and characteristic ‘four-strand bundle’, which includes the terminal regions of the cleaved linker in active (inhibitor bound) caspases, not possible. A comparison of these structural elements in different caspases, points to a common mechanism of activation and provides a possible explanation for the differences in activation among the caspases.     «

Apoptosis or programmed cell death is mediated by cysteine proteases termed caspases. Caspases are initially translated as zymogens and undergo an activation cleavage upon apoptotic stimuli. Thus the initiation and execution of the apoptotic program can be controlled by the regulation of zymogen activation or the inhibition of active caspases, which is achieved by the IAPs (inhibitor of apoptosis proteins). IAPs consist of one or more BIR (baculovirus IAP repeat) domains, which are globular doma...     »