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Granzyme

Definition: Granzyme sind Serin-Proteasen, die in den intrazellulären Granula (Typ 1-Granula) von Abwehrzellen des Immunsystems vorhanden sind, vor allem in cytotoxischen T-Zellen (CTL) und Killer (NK)-Zellen.

Unterstützt von dem Enzym Perforin, das die Zellwand durchlöchert, dringen die Granzyme in die Zelle ein und induzieren den programmierten Zelltod (Apoptose) der Zielzelle. Perforin ist ein Protein, das mit Membranflächen polymerisiert und eine ringförmige Struktur einsetzt, die dem membrane attack complex (MAC) gleicht. Es wurden zwei verschiedene Perforine isoliert: P1, das breite Läsionen (16 nm) in Zielzellen hinterlässt, und P2, das schmale Läsionen (6 nm) in Zielzellen bricht und für NK-Zellen typisch ist. Beide Perforine kommen in den Typ I-Granula der CTLs und in NK-Zellen vor. Sowohl Granzyme als auch Perforin werden für eine Lyse der Zelle und die Induktion der Apoptose benötigt.

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Abb.1: Kristalstruktur des humanen Granzym A

Kristallzelle mit drei Granzym-Dimeren (PDB-Code: 1OP8)

Granzyme werden nach Restimulation durch Antigene de novo synthetisiert. Zuerst wird eine Prä-Pro-Protease gebildet, von der die Leader-Sequenz abgespalten wird. Die Propeptide sind in der Regel Dipeptide (mit Ausnahme des Granzyms M, das wahrscheinlich ein Hexapeptid als Propeptid besitzt). Bisher wurden über 11 verschiedene Granzyme identifiziert. Sie sind weitgehend homolog und weisen eine katalytische Triade, z.B. His 57 (blau) - Asp 102 (rot) - Ser 195 (grün), im aktiven Zentrum auf. Allerdings unterschieden sie sich in ihrer primären Substratspezifität.

Tab.1: Substratspezifität der Granzyme (nach Kam et al., 2000)

Spezifität	schneiden nach
Tryptase	Arg oder Lys
Asp-ase	Asp
Met-ase	Met, Ile, Leu
Chymase	Phe, Trp, Tyr

Tab.2: Lymphocytäre Serin-Proteasen (nach Smyth und Trapani, 1995)

Granzyme	Spezies	Enzymaktivität	$k_{cat}$ / $K_{M}$ [ $M^{-1}$ $s^{-1}$ ]	schneiden nach	natürliche Substrate	molekulare Masse [kD]	Chromosom	Lymphocyten-Expression
A	Maus, Ratte, Mensch	Tryptase	$10^{4}$ - $10^{6}$	Arg/Lys	PHAP II, Nucleolin, Thrombin-Rezeptor, pIL-1ß, Skelettmuskel-Proteine, Proteoglycane, Fibronectin, Pro-Urokinase, Plasminogen-Aktivator, Myelin Basic Protein, Collagen IV	60	5q11-q12 (Mensch), 13D (Maus)	CTL¹⁾, NK²⁾, Thymus, γ δ-T-Zellen (Maus)
Tryptase-2	Ratte, Mensch	Tryptase		Arg/Lys		30	5q11-q12 (Mensch)	CTL, NK
B	Maus, Ratte, Mensch	Asp-ase	$10^{4}$ - $10^{5}$	Asp/Glu	Pro-Caspasen 3, 6, 7, 9, 10, PARP, DNA-PKcs, NuMA, Aggrecan	29-33	14q11-q12 (Mensch), 14D (Maus)	CTL, NK, Thymus, γ δ-T-Zellen (Maus)
C	Maus, Ratte	?		Asn/Ser		27	14D (Maus)	CTL
D	Maus	?		Phe/Leu		35-50	?	CTL
E	Maus	?		Phe/Leu		35-45	14D (Maus)	CTL
F	Maus, Ratte	?		Phe/Leu		35-40	14D (Maus)	CTL
G	Maus	?		Phe/Leu		30	?	CTL
H	Mensch	Chymase		Phe, Trp,Try		30	14q11-q12 (Mensch)	CTL, NK
M	Ratte, Mensch	Met-ase		Met/Leu		30	19q13.3 (Mensch)	NK
K		Tryptase		Arg/Lys

Literatur

Kam, C. M.; Hudig, D.; Powers, J. C. (2000): Granzymes (lymphocyte serine proteases): characterization with natural and synthetic substrates and inhibitors.. In: Biochim. Biophys. Acta. 1477 , 307-323

Smyth, M. J.; Trapani, J. A. (1995): Granzymes: exogenous proteinases that induce target cell apoptosis.. In: Immunol. Today. 16 , 202-206

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