半胱天冬酶 12，细胞凋亡相关半胱氨酸蛋白酶； CASP12

CASP12P1

HGNC 批准的基因符号：CASP12

细胞遗传学位置：11q22.3 基因组坐标（GRCh38）：11:104,883,286-104,898,460（来自 NCBI）

▼ 描述

半胱天冬酶是在细胞凋亡和炎症级联中发挥作用的蛋白酶。CASP12 属于炎性半胱天冬酶亚家族，在除人类以外的所有哺乳动物中表达，并在人类中获得了多种突变。最值得注意的是，SNP 在大多数人群的外显子 4 中引入了提前终止密码子。然而，在 20% 的非洲后裔中，精氨酸取代了外显子 4（608633.0001）中的过早终止密码子，从而允许表达全长 CASP12 蛋白。全长 CASP12 的表达与感染和败血症的易感性相关（Yeretssian 等人的总结，2009）。

小鼠 Casp12 基因编码的蛋白质可能在功能上与人类 CASP4（602664）等效，该蛋白质也与小鼠 Casp11 同源。有关人类 CASP4 和小鼠 Casp11 的信息，请参阅 602664。

▼ 克隆与表达

Fischer 等人通过搜索与小鼠 Casp12 相似的序列（2002）鉴定出人类 CASP12。在核苷酸水平上，CASP12 与鼠 Casp12 具有 68% 的同一性，与人 CASP4（602664）具有 57% 的同一性。PCR分析检测到CASP12在肺中的表达最高。在小肠、胃和肾脏中表达中等，在所有其他检查组织中表达较低。费舍尔等人（2002）在肺和小肠中鉴定出 9 个 CASP12 剪接变体。最常见的剪接事件是外显子 3 的删除，其次是外显子 5、7 和 2 的删除；外显子 4 和 6 始终存在。所有变体均含有移码突变和过早终止密码子，从而无法表达与 419 个氨基酸的鼠蛋白相当的全长蛋白。费舍尔等人。

Nakakawa 等人使用蛋白质印迹分析（2000）在大脑皮质裂解物的微粒体部分中检测到表观分子量约为 60 kD 的小鼠 pro半胱天冬酶-12。免疫组织化学分析证实了小鼠 L929 成纤维细胞和 HeLa 细胞中内源性半胱天冬酶-12 的内质网（ER）定位。

▼ 基因结构

Fischer 等人（2002）确定 CASP12 基因至少包含 8 个外显子。

▼

Fischer 等人通过基因组序列分析进行绘图（2002）将 CASP12 基因定位到染色体 11q22.3。它位于编码半胱天冬酶 ICE 亚家族成员和 ICE 接头分子的基因区域内。

▼ 基因功能

通过SNP数据库分析，Fischer等人（2002）鉴定了一个 CASP12 等位基因，该等位基因通过在位置 650 至 651 插入 G 来恢复开放解读码组，并通过位置 724 处的 T 到 C 核苷酸交换消除位置 724 至 726 处的终止密码子。源自该序列的假设蛋白质含有 373 个氨基酸，包括几个保守的半胱天冬酶结构域和一个活性位点半胱氨酸，但它不具有酶促作用所需的关键 SHG 框。活动。

萨利赫等人（2004）证明人类 CASP12 中的 SNP 会导致截短蛋白（Csp12S）或全长半胱天冬酶酶原（Csp12L）的合成。编码 Csp12L 的通读 SNP 仅限于非洲人后裔，对离体全血中脂多糖刺激的细胞因子产生具有低反应性，但对细胞凋亡敏感性没有显着影响。在一项初步研究中，萨利赫等人（2004）发现患有严重脓毒症的非裔美国人中 Csp12L 等位基因的频率增加。因此，萨利赫等人（2004）得出的结论是，Csp12L 减弱了对内毒素的炎症和先天免疫反应，因此可能构成败血症的危险因素。萨利赫等人（2004）发现半胱天冬酶-12 是巨噬细胞引发的 1 型辅助性 T 细胞和 2 型细胞因子反应的主要减弱剂，可能补偿性地促进 T 细胞衍生的干扰素-γ（IFNG; 147570）的形成。相比之下，人半胱天冬酶-12 的天然变体对细胞凋亡对多种刺激的敏感性没有显着影响，包括外在和内在细胞死亡途径的激活剂，以及通过内质网应激激发细胞凋亡的药物。

叶雷西安等人（2009）生成了在 Casp12 -/- 小鼠背景中表达人类 CSP12L 变体的人源化小鼠。这些小鼠在 CSP12L 表达方面表现出性别差异，在对单核细胞增生李斯特菌感染的先天免疫方面表现出性别差异。CSP12L转基因逆转了Casp12 -/- 雄性小鼠的抗感染表型，但对雌性小鼠的反应影响不大。对单核细胞增生李斯特菌感染的抵抗力增加与雌激素抑制 CSP12L 表达相关。Yeretssian 等人使用染色质免疫沉淀分析（2009）将人类 CASP12 鉴定为 ER-α（ESR1; 133430）的直接转录靶标，并将雌激素反应元件对应到 CASP12 的内含子 7。叶雷西安等人。

▼ 群体遗传学

CASP12 基因因终止密码子（608633.0001）的存在或缺失而具有多态性，这导致该基因在群体中同时出现活性（祖先）和非活性（衍生）形式。失活基因的携带者对严重败血症的抵抗力更强。薛等人（2006）研究了非活性形式的遗传是否是由于中性漂移或正选择所致。他们确定了该基因在全球 52 个人群样本中的分布，并对约鲁巴人、汉族和欧洲人群的 HapMap 中的 77 个个体进行了重新测序。有强有力的证据表明，低密度、倾斜的等位基因频谱以及单一单倍型的优势存在正选择。他们认为该基因的非活性形式出现在10万至50万年前的非洲，最初是中性或几乎中性的，但 6 万到 10 万年前开始的积极选择将其推向了近乎固定的状态。他们进一步提出，随着人口规模和密度的增加，其选择性优势是对经历更多传染病的人群具有败血症抵抗力。

半胱天冬酶-12 多态性所说明的基因缺失类型可能是种群和物种适应的常见方式，因为基因失活的方式多种多样，意味着功能缺失突变很容易被选择发挥作用（Olson，1999）。与人类进化相关的例子包括数百万年前肌球蛋白重链基因（MYH16；608580）的失活，该基因可能影响了头部的解剖结构并消除了对现代大脑发育的限制，以及导致CCR5蛋白失活的CCR5 del32缺失（601373），结果是del32/del32纯合子受到强有力的保护，免受艾滋病毒感染和艾滋病的侵害，而杂合子则受到一定的保护。

▼ 动物模型

中川等人（2000）以孟德尔比例获得半胱天冬酶-12 -/- 小鼠。纯合突变小鼠在外观上与野生型同窝小鼠没有区别。半胱天冬酶-12 -/- 小鼠和培养的胸腺细胞对 ER 应激诱导的细胞凋亡具有抵抗力，但半胱天冬酶-12 -/- 胸腺细胞对其他细胞凋亡死亡刺激敏感。

萨利赫等人（2006）描述了半胱天冬酶在抑制细菌感染反应中的新作用。他们表明，在小鼠中，Casp12 的基因靶向删除使动物能够抵抗腹膜炎和感染性休克。与野生型同窝小鼠相比，Casp12 缺陷小鼠能够更有效地清除细菌感染，从而获得了生存优势。Casp12 响应刺激 Toll 样受体（参见 601194）和 NOD（参见 605980）途径的各种细菌成分，抑制促炎细胞因子白细胞介素 1-β（IL1B；147720）、Il18（600953）和 Ifng 的产生，但不抑制肿瘤坏死因子-α（TNFA；191160）和 Il6（147620）的产生。Ifng 通路对于介导脓毒症 Casp12 缺陷小鼠的生存至关重要，因为给予 Ifng 受体的中和抗体消除了这些动物原本存在的生存优势。从机制上讲，Casp12 与 Casp1 结合并抑制其活性。值得注意的是，Casp12 的蛋白酶功能对于这种效果并不是必需的，因为催化失活的 Casp12 突变体 cys299-to-ala 也抑制 Casp1 和 Il1B 的产生，其程度与野生型 Casp12 相同。在这方面，CASP12 似乎是细胞 FLIP（603599）的对应物，用于调节半胱天冬酶级联的炎症分支。萨利赫等人（2006）的结论是，在小鼠中，Casp12 缺陷赋予了对脓毒症的抵抗力，并且它的存在对 Casp1 产生显性负抑制作用，导致更容易受到细菌感染和脓毒症死亡。Casp12 的蛋白酶功能对于这种效果并不是必需的，因为催化失活的 Casp12 突变体 cys299-to-ala 也抑制 Casp1 和 Il1B 的产生，其程度与野生型 Casp12 相同。在这方面，CASP12 似乎是细胞 FLIP（603599）的对应物，用于调节半胱天冬酶级联的炎症分支。萨利赫等人（2006）的结论是，在小鼠中，Casp12 缺陷赋予了对脓毒症的抵抗力，并且它的存在对 Casp1 产生显性负抑制作用，导致更容易受到细菌感染和脓毒症死亡。Casp12 的蛋白酶功能对于这种效果并不是必需的，因为催化失活的 Casp12 突变体 cys299-to-ala 也抑制 Casp1 和 Il1B 的产生，其程度与野生型 Casp12 相同。在这方面，CASP12 似乎是细胞 FLIP（603599）的对应物，用于调节半胱天冬酶级联的炎症分支。萨利赫等人（2006）的结论是，在小鼠中，Casp12 缺陷赋予了对脓毒症的抵抗力，并且它的存在对 Casp1 产生显性负抑制作用，导致更容易受到细菌感染和脓毒症死亡。CASP12 似乎是细胞 FLIP（603599）的对应物，用于调节半胱天冬酶级联的炎症分支。萨利赫等人（2006）的结论是，在小鼠中，Casp12 缺陷赋予了对脓毒症的抵抗力，并且它的存在对 Casp1 产生显性负抑制作用，导致更容易受到细菌感染和脓毒症死亡。CASP12 似乎是细胞 FLIP（603599）的对应物，用于调节半胱天冬酶级联的炎症分支。萨利赫等人（2006）的结论是，在小鼠中，Casp12 缺陷赋予了对脓毒症的抵抗力，并且它的存在对 Casp1 产生显性负抑制作用，导致更容易受到细菌感染和脓毒症死亡。

Sanges 等人在 rd1 视网膜色素变性小鼠模型（参见 180072）和体外细胞模型中（2006）发现 Aif（AIFM1; 300169）和 Casp12 都易位到垂死的光感受器的细胞核。只有分化的 rd1 光感受器发生细胞凋亡，而在无长突、双极或水平视网膜神经元中从未观察到细胞凋亡。两种凋亡因子的易位需要增加细胞内钙，而钙蛋白酶（参见 CAPN1；114220）抑制剂会干扰 Aif 和 Casp12 激活以及 rd1 光感受器凋亡。通过干扰RNA敲低Aif或Casp12表明Aif在此细胞凋亡事件中起主要作用，并且Casp12具有增强作用。

▼ 等位基因变异体（1 个选定示例）：.

0001 败血症，对
CASP12、TER125ARG 的易感性
Saleh 等人在 776 名非洲人后裔中约有 20%（2004）在 CASP12 基因的密码子 125 处发现了一个通读突变，其中 T 转换为 C，将氨基酸 125 处的常用终止密码子更改为精氨酸密码子。该精氨酸的存在允许形成全长 CASP12 前体（Csp12L），其中包括前结构域、大亚基和小亚基。Csp12L 等位基因在任何白种人或亚洲人群样本中均未发现，仅在非洲人后裔个体中发现。对于大多数检查的细胞因子，Csp12L 的存在降低了脂多糖诱导的反应的强度：最大的衰减发生在 T125C 等位基因（Csp12L）纯合子的人中，与 T125（Csp12S）纯合子相比，杂合子中发生中间反应。Saleh 等人在患有严重脓毒症的非洲人后裔中（2004）证明，与同一研究中未败血症的重症监护患者和来自同一地区的其他非裔美国人相比，Csp12L 纯合子增加了 7.8 倍。在患有严重败血症的非洲人后裔中，携带 T125C 等位基因的个体死亡率为 54%，而仅携带 T125 等位基因的个体死亡率为 17%。

Moorwood 和 Barton（2014）在杜氏肌营养不良（DMD; 300377）患者的肌肉活检中发现了裂解的 CASP4，但在健康对照中没有发现，这表明 ER 应激和 UPR 激活。在 DMD 的 mdx 小鼠模型中，Casp12（相当于人类 CASP4 的小鼠等价物）的前体和裂解形式在肌肉中的表达也升高，同时 ER 应激标记物也升高。与 mdx 肌肉相比，敲除 mdx 小鼠中的 Casp12 往往会保留肌肉功能，比力产生和偏心收缩抵抗力恢复 75%。通常在 mdx 肌肉中发现的代偿性肥大在没有 Casp12 的情况下正常化，这是由于纤维尺寸减小而不是纤维类型变化所致。Casp12 的缺失并没有减少 mdx 肌肉纤维化或外观。mdx 小鼠的肌纤维变性在 Casp12 -/- mdx 肌肉中减少到几乎野生型水平。Moorwood 和 Barton（2014）得出结论，Casp12 的缺失促进了 mdx 小鼠的肌纤维存活，并且异常的 UPR 激活可能导致人类 DMD 发病机制。