Cysteine cathepsins are lysosomal enzymes that belong to the papain family and can induce the degradation of damaged proteins through the endo-lysosomal pathway. It is highly upregulated in many cancers by regulating gene amplification and transcriptional, translational, and post-transcriptional modifications. Cathepsin S is part of the cysteine cathepsin family. Many studies have demonstrated that cathepsin S not only plays a specific role in MHC class II antigen presentation but also plays a crucial role in cancers. Cathepsin S is more stable at a neutral pH compared to other cysteine cathepsins, which supports the importance of cathepsin S in disease microenvironments. Therefore, the dysregulation of cathepsin S has participated in a variety of pathological processes, including cancer, arthritis, and cardiovascular disease. Furthermore, a decrease or depletion in the expression of cathepsin S has been implicated in the processes of tumor growth, invasion, metastasis, and angiogenesis. Taken together, cathepsin S has been suggested as an attractive therapeutic target for cancer therapy. In this review, the known involvement of cathepsin S in diseases, particularly with respect to recent work indicating its role in cancer therapy, is examined. An overview of current literature on the inhibitors of cathepsin S as a therapeutic target for cancer is also provided.
During involution of the mammary gland after the lactation period, the gland undergoes an extensive epithelial cell death. In our previous study, overexpression of an extracellular proteinase inhibitor (Expi) gene accelerated apoptosis of mammary epithelial cells. Here we found that expression of the cathepsin D gene was induced in the Expi-overexpressed apoptotic cells. To understand the role of cathepsin D in apoptosis, we transfected cathepsin D gene into mammary epithelial HC11 cells and established the stable cell lines overexpressing the cathepsin D gene. We found that overexpression of the cathepsin D gene partially induced apoptosis of mammary epithelial cells. Expression patterns of the cathepsin D gene were examined in mouse mammary gland at various reproductive stages. Expression of the cathepsin D gene was increased during involution stages compared to lactation stages, and highest expression levels were shown at involution on day 4. We also examined expression of the cathepsin D gene in various mouse tissues. Mammary gland at involution on day 2 showed highest levels of cathepsin D mRNA of the mouse tissues that we examined. Liver tissues showed high levels of cathepsin D expression. These results demonstrate that cathepsin D may contribute to the apoptotic process of mammary epithelial cells.
Jo, Hee-Sung;Kim, Na-Young;Lee, Hyung-Ho;Chung, Joon-Ki
Journal of Fisheries and Marine Sciences Education
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v.26
no.3
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pp.543-552
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2014
Papain family중 하나인 cysteine protease는 근골격계 질환 치료를 위한target molecule로 인식 되어왔으며 Cathepsin B 는 단백질 분해의 초기과정에 관여하는 cysteine proteases 중 하나이다. 본 연구는 넙치의 cathepsin B 유전자의 발현 양상과 넙치 cathepsin B(PoCtB)의 클로닝, 발현 및 효소특성을 분석하였다. cDNA Library Screening을 이용하여 넙치의 cDNA를 클로닝하였다. 넙치의 동정된 cathepsin B 유전자는 993bp의 open reading frame과 330개의 아미노산으로 이루어져있다. Cathepsin B의 propeptide region 내에 GNFD motif와 occluding loop 가 존재함으로써 이것이 명백하게 cathepsin B group이라는 것을 보여주며, 계통 유전학적 분석 결과 다른 종의 cathepsin B에 비해 초창기에 분화되어 나온 것으로 사료된다. mature enzyme인 maPoCtB은 fusion protein인 glutathione S-transferase를 포함하는 pGEX-4T-1 vector에 삽입하여 E.coli 균주인 $DH5{\alpha}$ 내에 발현시켰다. 재조합 단백질인 PoCtB을 과발현 시킨 결과 53kDa의 분자량을 가진다. 넙치 cathepsin B 활성은 Z-Arg-Arg-AMC와 같은 fluorogenic 펩타이드 기질을 이용하여 측정되었고 적정 pH는 pH.7.5 이다.
Backgrounds : Cathepsin D, an aspartic lysosomal proteinase, is believed to be involved in local invasion and metastasis of tumor cells by its proteolytic activity and has been described to be associated with tumor progression and prognosis in some human malignancies including breast cancer. But, its prognostic value for human lung cancer remains to be determined. The purpose of this study is to determine clinicopathological and prognostic significance of cathepsin D expression in non-small cell lung cancer. Method : Using a polyclonal antibody, immunohistochemical analysis of cathepsin D was performed on paraffin embedded sections of tumors obtained surgically from 54 patients with non-small cell lung cancer (37 squamous cell carcinoma, 14 adenocarcinoma, 2 large cell carcinoma, and 1 undifferentiated carcinoma). Results : Eighteen patients (33.3%) showed positive immunoreactivities of cathepsin D in tumor cells. No significant correlation of cathepsin D expression in tumor cells was found in p-stage (surgical-pathologic stage), tumor size, tumor factor, nodal involvement, and differentiation. Of 54 patients, 29 (53.7%) patients showed moderate to massive cathepsin D-positive stromal cells within the tumor tissues, while the rest (46.3%) showed few cathepsin D-positive stromal cells within the tumor tissues. Cathepsin D expression in stromal cells was significantly associated with p-stage in non-small cell lung canær (p=0.031). No significant correlation of the degree of cathepsin D-positive stromal cells was found in tumor size, T -factor, nodal involvement, differentiation Cathepsin D expression status in tumor cells and stromal cells was not significantly associated with prognosis expressed by survival rate. The results of multivariate analyses of variables possibly associated with prognosis showed that nodal involvement was the only independent prognostic factor in all patients. Conclusion : Cathepsin D expression in stromal cells was significantly associated with p-stage in non-small cell lung cancer. However, it was not related to other clinicopathologic features and prognosis, and Cathepsin D expression in tumor was not related to p-stage and prognosis.
Cathepsins are lysosomal/cysteine proteases belong to papain family (C1 family) that is involved in intracellular protein degradation, antigen processing, hormone maturation, and immune responses. In this study, member of cathepsin family was identified from Manila clam (Mc-Cathepsin D) and investigated the immune response against brown ring disease (BRD) causing Vibrio tapetis challenge. The identified Mc-Cathepsin D gene encodes characteristic features typical for the cathepsin family including eukaryotic and viral aspartyl protease signature domain and two highly conserved active sites ($^{84}VVFDTGSSNLWV^{95}$ and $^{270}IADTGTSLLAG^{281}$). Moreover, MC-Cathepsin D shows higher identity values (-50-70%) and conserved amino acids with known cathepsin D members. Transcriptional results (by quantitative real-time RT-PCR) showed that Mc-Cathepsin D was expressed at higher levels in gills and hemocytes than mantle, adductor muscle, foot, and siphon. After the V. tapetis challenge under laboratory conditions, Mc-Cathepsin D mRNA was up-regulated in gills and hemocytes. Present study indicates that Mc-Cathepsin D is constitutively expressed in different tissues and potentially inducible when infecting BRD by V. tapetis. It is further suggesting that Mc-Cathepsin D may be involved in multiple role including immune response reactions against BRD.
To determine whether localization of tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) and cathepsin K was associated with rupture of the cranial cruciate ligament (CCL) in dogs. Tissue specimens were obtained from 30 dogs with CCL rupture during surgical treatment, 8 aged normal dogs, and 9 young normal dogs that were necropsied for reasons unrelated to this study and unrelated to musculoskeletal disease. The cranial cruciate ligament was examined histologically. $TRAP^+$ cells and cathepsin $K^+$ cells were identified by histochemical staining and immunohistochemical staining respectively. TRAP and cathepsin $K^+$ were co-localized within the same cells principally located within the epiligamentous region and to a lesser extent in the core region of ruptured CCL. Localization of $TRAP^+$ cells (P < 0.05) and cathepsin $K^+$ cells (P =0.05) within CCL tissue was significantly increased in dogs with CCL rupture, compared with aged-normal dogs, and young normal dogs (P < 0.05 - TRAP, P < 0.001 - cathepsin K). Localization of $TRAP^+$ cells and cathepsin $K^+$ cells within the CCL tissue of aged-normal dogs was also increased compared with young normal dogs (P < 0.05). Small numbers of $TRAP^+$ cells and cathepsin $K^+$ cells were seen in the intact ligaments of aged-normal dogs, which were associated with ligament fasicles in which there was chondroid transformation of ligament fibroblasts and disruption of the organized hierarchical structure of the extracellular matrix. $TRAP^+$ cells and cathepsin $K^+$ cells were not seen in CCL tissue from young-normal dogs. Localization of the proteinases $TRAP^+$ and cathepsin $K^+$ in CCL tissue was significantly associated with CCL rupture. Small numbers of proteinase positive cells were also localized in the CCL of agednormal dogs without CCL rupture, but were not detected in CCL from young-normal dogs. Taken together, these findings suggest that the cell signaling pathways that regulate expression of these proteinases in CCL tissue may form part of the mechanism that leads to upregulation of collagenolytic ligament remodeling and progressive structural failure of the CCL over time.
Proteolytic properties of enzymes from the muscle and viscera of anchovy have been examined. Cathepsin L, chymotrypsin, and trypsin showed similar Km values for casein. However, they had higher Km values for myofibrillar proteins than those for casein. The $k_cat$ of cathepsin L and chymotrypsin for myofibrillar proteins were higher than that of trypsin, and also cathepsin L and chymotrypsin caused higher hydrolysis in myofibrillar proteins of anchovy and yellowtail. In the presence of sodium chloride$(0-25\%)$, proteolytic activity for myofibrillar proteins from yellowtail was higher than that for casein. Proteolytic activity was decreased with the increase of sodium chloride concentration. Cathepsin L had been less affected by NaCl concentration and temperature on the hydrolysis of myofibrillar proteins than chymotrypsin and trypsin. Cathepsin L and chymotrypsin were move responsible to the autolysis of muscle proteins from fish than trypsin.
Macrophage cell death contributes to the formation of plaque, leading to the development of atherosclerosis. The accumulation of triglyceride (TG) is also associated with the pathogenesis of atherosclerosis. A previous study reported that TG induces the cell death of macrophages. This study examined whether the cytoplasmic release of cathepsin B from lysosome is associated with the TG-induced cell death of macrophage. The release of cathepsin B was increased in the TG-treated THP-1 macrophages, but the TG treatment did not affect cathepsin B expression. Furthermore, the inhibition of cathepsin B by its inhibitor, CA-074 Me, partially inhibited the TG-induced cell death of macrophage. TG-triggered macrophage cell death is mediated by the activation of caspase-1, -2, and apoptotic caspases. Therefore, this study investigated whether cathepsin B is implicated in the activation of these caspases. The inhibition of cathepsin B blocked the activation of caspase-7, -8, and -1 but did not affect the activity of caspase-3, -9, and -2. Overall, these results suggest that TG-induced cytoplasmic cathepsin B causes THP-1 macrophage cell death by activating caspase-1, leading to subsequent activation of the extrinsic apoptotic pathway.
Kim, Dae-Yeon;Lee, Seong-Cheol;Park, Kwi-Won;Kim, Woo-Ki
Advances in pediatric surgery
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v.5
no.1
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pp.39-44
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1999
Diagnosing Hirschprung's disease is one of the clinical challenges of this disorder. In the stomach and the intestines, Cathepsin D was readily detected in cytoplasm of the rat gastric and in intestinal ganglion cells of the autonomic nervous system. The objectives of the present study were to examine cathepsin D expression in ganglion cells of the submucosal and myenteric plexuses of the intestine of children and to determine the utility of immunohistochemical staining of cathepsin D for detection of immature ganglion cells. Paraffin blocks of 35 intestinal segments were reviewed for immunohistochemical staining with polyclonal antibody to cathepsin D and hematoxylineosin stainings from the compatible specimens. There were 9 aganglionic segments and 9 ganglionic segments of neonates with Hirschsprung's disease, 8 intestinal segments with non-Hirschsprung's disease in neonates and 9 intestinal segments with non-Hirschsprung's disease infants over the age of 10 months. All ganglion cells showed intense granular cytoplasmic reactivity for cathepsin D regardless of maturity and all aganglionic segments had no expression for cathepsin D in the submucosal and myenteric plexuses of the intestine. However, histiocytes within the laminar propria and submucosa stained positively for cathepsin D. In conclusion, intestinal ganglion cells in children have reactivity for cathepsin D, threrfore immunohistochemical staining for cathepsin D can be used for identification of ganglion cells in neonates.
Cathepsin S is a cysteine protease that affects extracellular matrix remodeling. Recently, several studies have reported that cathepsin S is involved in obesity. Both mouse and human adipose cells produce this enzyme in the early phase of adipocyte differentiation, where it degrades fibronectin. Cathepsin S gene expression is elevated in the adipose tissue of obese mice as compared to that of lean mice. Paecilomyces tenuipes water extracts (PTW) are shown to have an inhibitory effect on cathepsin S activity. In this study, Z-Val-Val-Arg-MCA was used as a cathepsin S-specific substrate in order to examine inhibitory effect of PTW. Supplementing 3T3-L1 cell media with PTW clearly reduced lipid droplet accumulation and cathepsin S-induced adipogenesis. Furthermore, PTW decreased weight gain, subcutaneous adipose tissue growth, the level of serum triglyceride, and total cholesterol in mice fed a high-fat diet. These data suggest that PTW work against adipose cathepsin S and presumably contribute to anti-obese activities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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