パパインファミリーのシステインプロテアーゼの配列と位置特異性の相互依存関係

システインプロテアーゼの特異性は、酵素（配列特異性）と硬性ペプチド結合（位置特異性、すなわちエンドペプチダーゼ、アミノペプチダーゼ、またはカーボキシペプチダーゼ）の位置によって認識されるアミノ酸配列の性質によって特徴付けられます。この論文では、このクラスの酵素の選択されたメンバーの配列と位置特異性の相互依存性は、切断可能なペプチド結合の位置とp2-P1の残基のシーケンスの性質の両方が変化する蛍光基質を使用して調査されています。結果は、通常、エンドペプチダーゼとして厳密に作用すると考えられるカテプシンKおよびLおよびパパインが、FR-MCAに対する基質ABZ-FRF（4NO2）Aおよびジペプチジルアミノペプチダーゼ活性に対してジペプチジルカルボキシペプチダーゼ活性を示すことができることを示しています。場合によっては、活性は、以前はエキソペプチダーゼとして特徴付けられていたカテプシンBおよびDPP-I（ジペプチジルペプチダーゼI）で観察された活性よりもさらに等しくなります。対照的に、P2-P1残基がA-Aである場合、カテプシンKおよびLおよびパパインのエキソペプチダーゼ活性は非常に低く、正常なエンドペプチダーゼ活性で観察されるように、エキソペプチダーゼ活性はS2の相互作用に大きく依存していることを示しています。）。しかし、カテプシンBおよびDPP-Iは、サブサブサイトS2およびS1に好ましい相互作用がない場合でも、エキソペプチダーゼ経路を介して基質を加水分解できます。これは、基質のcまたはn末端のアンカーとして機能する特定の構造要素のカテプシンBおよびDPP-Iの存在に起因し、それにより、P2-P1シーケンスとは独立して好ましい酵素と基質相互作用を可能にします。結果として、基質の位置p2にある残基の性質は、通常、パパインファミリーのシステインプロテアーゼの特異性を決定する主な要因であり、カテプシンBおよびDPP-Iのエキソペプチダーゼ活性に同じ寄与を持っていません。。

The specificity of cysteine proteases is characterized by the nature of the amino acid sequence recognized by the enzymes (sequence specificity) as well as by the position of the scissile peptide bond (positional specificity, i.e., endopeptidase, aminopeptidase, or carboxypeptidase). In this paper, the interdependency of sequence and positional specificities for selected members of this class of enzymes has been investigated using fluorogenic substrates where both the position of the cleavable peptide bond and the nature of the sequence of residues in P2-P1 are varied. The results show that cathepsins K and L and papain, typically considered to act strictly as endopeptidases, can also display dipeptidyl carboxypeptidase activity against the substrate Abz-FRF(4NO2)A and dipeptidyl aminopeptidase activity against FR-MCA. In some cases the activity is even equal to or greater than that observed with cathepsin B and DPP-I (dipeptidyl peptidase I), which have been characterized previously as exopeptidases. In contrast, the exopeptidase activities of cathepsins K and L and papain are extremely low when the P2-P1 residues are A-A, indicating that, as observed for the normal endopeptidase activity, the exopeptidase activities rely heavily on interactions in subsite S2 (and possibly S1). However, cathepsin B and DPP-I are able to hydrolyze substrates through the exopeptidase route even in absence of preferred interactions in subsites S2 and S1. This is attributed to the presence in cathepsin B and DPP-I of specific structural elements which serve as an anchor for the C- or N-terminus of a substrate, thereby allowing favorable enzyme-substrate interaction independently of the P2-P1 sequence. As a consequence, the nature of the residue at position P2 of a substrate, which is usually the main factor determining the specificity for cysteine proteases of the papain family, does not have the same contribution for the exopeptidase activities of cathepsin B and DPP-I.