Cathepsin K (CTSK) ist ein Protein, das eine Art Protease ist, ein Enzym, das andere Proteine abbaut. Es ist auch ein Mitglied der Familie der Cathepsine. Dieses spezielle Cathepsin spielt eine Rolle beim Abbau der Knochenmatrix als Teil der Knochenresorption und des Knochenstoffwechsels. Das Gleichgewicht zwischen Knochenabbau und -aufbau kann schief gehen und zu Osteoporose führen. Cathepsin-K-Inhibitoren werden als potenzielle Medikamente untersucht, um diesen Prozess zu blockieren und Erkrankungen wie Osteoporose zu behandeln.
Proteasen sind eine große Gruppe von Proteinen, die aufgrund ihrer Substrate und der Struktur ihres aktiven Zentrums in verschiedene Klassen eingeteilt werden. CTSK wird Cystein-Protease genannt, weil es die Aminosäure Cystein in seinem aktiven Zentrum hat. Viele Proteasen werden in einer größeren inaktiven Form produziert, die als Zymogen bekannt ist, und sie schädigen das umgebende Gewebe nicht. Die Cathepsin-Proteasenfamilie wird in dieser Form produziert, und Cathepsin K spaltet sich unter sauren Bedingungen selbst und produziert ein kleineres, aktives Enzym.
Die meisten Mitglieder dieser Protease-Familie werden in Lysosomen gefunden. Dies sind Zellkompartimente, die stark sauer sind und voller Enzyme sind, die Zellbestandteile abbauen. Kathepsin K wurde ursprünglich in solchen Kompartimenten gefunden. Der niedrige pH-Wert der Lysosomen stimuliert das Enzym, sich selbst zu aktivieren. CTSK kann auch extrazellulär in der sauren Umgebung gefunden werden, wo Knochengewebe metabolisiert wird.
Die Knochenmatrix unterliegt einem ständigen Prozess des Abbaus durch spezialisierte Zellen, die als Osteoklasten bekannt sind, und wird dann von anderen Zelltypen wieder aufgebaut. Dieser Prozess ist im Allgemeinen im Gleichgewicht und die Knochen behalten ihre Festigkeit. Mit zunehmendem Alter von Frauen, insbesondere nach der Menopause, geht häufig Knochenmasse aufgrund eines Überschusses an Cathepsin-K-Aktivität verloren. Dies kann zu der als Osteoporose bekannten Krankheit führen, bei der die Knochen brüchig sind und leicht brechen. Die Erkrankung kann schwerwiegend sein und diese Neigung zur Fraktur führt zum Verlust der Mobilität und manchmal zum frühen Tod.
Derzeit gibt es Medikamente, die als Bisphosphonate bekannt sind, um Osteoporose zu behandeln. Sie können schwerwiegende Nebenwirkungen haben, und Kliniker haben nach alternativen Medikamenten gesucht. Cathepsin-K-Inhibitoren waren aufgrund ihrer Rolle bei der Blockierung des Abbaus von Knochenkomponenten eine logische Wahl.
Der Cathepsin-K-Hemmer Odanacatib hat sich in klinischen Studien in den USA als vielversprechend erwiesen und wird vom Pharmaunternehmen Merck entwickelt. Dieses Medikament hat die klinischen Studien zur Sicherheit bestanden und hat sich bei der Erhöhung der Knochendichte bei postmenopausalen Frauen als vielversprechend erwiesen. Die Zulassung dieses Arzneimittels zur Verwendung in den Vereinigten Staaten hängt von klinischen Tests ab, die zeigen, dass das Arzneimittel erfolgreich die Symptome der Osteoporose, wie z. B. die Zunahme der Knochenmasse und die Begrenzung von Frakturen, verbessert.