Die Caspase-Aktivität beruht auf einer Gruppe sehr komplexer Enzyme, die den programmierten Zelltod oder die Apoptose in mehrzelligen Organismen regulieren. Die an dieser Aktivität beteiligten Enzyme sind ein Untertyp einer Klasse von Proteasen – Enzyme, die andere Proteine abbauen. Es gibt verschiedene Arten von Caspasen, die unterschiedliche Funktionen haben, um Apoptose zu verursachen. Veränderungen in der Regulation der Apoptose können zu Krebs oder Autoimmunerkrankungen führen, daher besteht großes Interesse daran, die Biochemie und Genetik der Caspase-Aktivierung in menschlichen Zellen mit einfacheren Organismen besser zu verstehen.
Um zu verhindern, dass sich die Zellen selbst zerstören, werden Caspasen in einem inaktiven Zustand gehalten. Solche inaktiven Enzyme werden als Zymogene bezeichnet. Sobald der Prozess des apoptotischen Todes eingeleitet wurde, werden die Caspasen aktiviert, indem ein Teil ihrer Struktur gespalten wird. Im Gegensatz zu vielen wichtigen zellulären Faktoren werden diese Enzyme in der Zelle bereits hergestellt, aber in einem latenten Zustand gehalten, um aktiviert zu werden, sobald sie benötigt werden.
Es gibt zwei Hauptklassen von Caspase-Aktivitäten, die die Apoptose aktivieren. Die erste sind Initiatorcaspasen, die durch Inhibitoren reguliert werden. Diese Enzyme werden aktiviert, sobald der Prozess des programmierten Zelltods induziert wird. Die aktiven Initiatorcaspasen spalten die inaktiven Effektorcaspasen, die dann die Apoptose aktivieren.
Einer der Schlüsselprozesse der Apoptose ist der Abbau der chromosomalen DNA in ihre einzelnen Einheiten. Die Effektorcaspasen hemmen die Enzyme, die beschädigte DNA reparieren. Sie brechen auch Proteine wie Lamin, die den Kern als eine Einheit zusammenhalten. Außerdem kann die Effektor-Caspase-Aktivität dazu führen, dass die Kern-DNA fragmentiert wird.
Bei solch dramatischen Veränderungen stirbt die Zelle ab, was für den Organismus nicht unbedingt schlecht ist. Es ist normal, dass täglich Dutzende von Milliarden Zellen sterben und sich neue bilden. Das Problem ist, wenn die Regulation der Apoptose schief geht. Wenn zu wenig Apoptose stattfindet, können sich Zellen in diesem Gewebe ausbreiten und einen Tumor bilden. Bei zu viel Apoptose kann es zu einer Atrophie kommen.
Endgültige Studien über die Wirkung von Enzymen beruhen auf einer Reihe von Faktoren, einschließlich der Untersuchung von Mutanten, denen die Aktivität fehlt. Es ist schwierig und unethisch, solche Studien am Menschen durchzuführen. Häufig wird mit Nematoden oder Fruchtfliegen mit Apoptose gearbeitet.
Um Verwechslungen so gering wie möglich zu halten, werden die Caspasen nummeriert, beginnend mit Caspase 1 bis 12. Angesichts der Komplexität dieser Enzymgruppe wäre es nicht verwunderlich, wenn noch mehr Enzyme mit dieser Art von Aktivität entdeckt würden. Abgesehen von ihrer Rolle beim programmierten Zelltod sind diese Enzyme auch an Entzündungen, Zellverletzungen und an der Entwicklung beteiligt.
Caspasen gehören zu einer bestimmten Klasse von Proteasen, die als Cysteinproteasen bekannt sind. Proteasen werden entweder nach den von ihnen verwendeten Substraten oder nach der Natur ihres aktiven Zentrums klassifiziert. Cystein-Proteasen werden durch die letztere Gruppierung definiert und alle haben die Aminosäure Cystein in ihrem aktiven Zentrum.
Es gibt eine große Anzahl von kommerziellen Kits zum Nachweis der Caspase-Aktivität. Sie basieren auf der Messung der Proteaseaktivität, während das Zymogen zu einem aktiven Enzym verarbeitet wird. Der Nachweis der Caspase-Aktivität kann auch eine Funktion beinhalten, wie die Initiierung oder Ausführung von Apoptose.