L’activité des caspases est due à un groupe d’enzymes très complexes qui régulent la mort cellulaire programmée, ou apoptose, dans les organismes multicellulaires. Les enzymes impliquées dans cette activité sont un sous-type d’une classe de protéases, des enzymes qui dégradent d’autres protéines. Il existe plusieurs types de caspases qui ont des fonctions différentes pour provoquer l’apoptose. Des altérations de la régulation de l’apoptose peuvent conduire à un cancer ou à une maladie auto-immune, il y a donc beaucoup d’intérêt à mieux comprendre la biochimie et la génétique de l’activation des caspases dans les cellules humaines à l’aide d’organismes plus simples.
Pour empêcher les cellules de s’autodétruire, les caspases sont maintenues dans un état inactif. Ces enzymes inactives sont appelées zymogènes. Une fois le processus de mort apoptotique amorcé, les caspases sont activées par clivage d’une partie de leur structure. Contrairement à de nombreux facteurs cellulaires importants, ces enzymes sont conservées dans la cellule déjà constituée, mais à l’état latent, prêtes à être activées dès qu’elles sont nécessaires.
Il existe deux grandes classes d’activité des caspases qui activent l’apoptose. Les premières sont les caspases initiatrices, qui sont régulées par des inhibiteurs. Ces enzymes sont activées dès que le processus de mort cellulaire programmée est induit. Les caspases initiatrices actives clivent les caspases effectrices inactives, qui activent alors l’apoptose.
L’un des processus clés de l’apoptose est la décomposition de l’ADN chromosomique en ses unités individuelles. Les caspases effectrices inhibent les enzymes qui réparent l’ADN endommagé. Ils cassent également des protéines, telles que la lamine, qui maintiennent le noyau ensemble en une seule unité. De plus, l’activité de la caspase effectrice peut provoquer la fragmentation de l’ADN nucléaire.
Avec des changements aussi spectaculaires, la cellule meurt, ce qui n’est pas nécessairement mauvais pour l’organisme. Il est normal qu’une personne ait des dizaines de milliards de cellules qui meurent chaque jour et que de nouvelles se forment. Le problème, c’est quand la régulation de l’apoptose se dérègle. Avec trop peu d’apoptose, les cellules de ce tissu peuvent se propager et former une tumeur. S’il y a trop d’apoptose, une atrophie peut avoir lieu.
Les études définitives des effets des enzymes reposent sur un certain nombre de facteurs, y compris l’étude de mutants dépourvus d’activité. Il est difficile et contraire à l’éthique de mener de telles études chez l’homme. Fréquemment, le travail avec l’apoptose est effectué avec des nématodes ou des mouches des fruits.
Pour minimiser la confusion, les caspases sont numérotées, en commençant par la caspase 1 et en passant par 12. Compte tenu de la complexité de ce groupe d’enzymes, il ne serait pas surprenant que davantage d’enzymes avec ce type d’activité soient découvertes. Outre leur rôle dans la mort cellulaire programmée, ces enzymes sont également impliquées dans l’inflammation, les lésions cellulaires et le développement.
Les caspases appartiennent à une classe particulière de protéases, appelées protéases à cystéine. Les protéases sont classées soit par les substrats qu’elles utilisent, soit par la nature de leur site actif. Les protéases à cystéine sont définies par ce dernier groupe et ont toutes l’acide aminé cystéine dans leur site actif.
Il existe un grand nombre de kits commerciaux disponibles pour détecter l’activité des caspases. Ils sont basés sur la mesure de l’activité de la protéase lorsque le zymogène est transformé en une enzyme active. La détection d’activité de caspase peut également impliquer une fonction, telle que l’initiation ou l’exécution de l’apoptose.