We have cloned a novel apoptotic gene from human Jurkat T-lymphocytes. The new gene encodes a 32-kDa putative cysteine protease (CPP32) with significant homology to Caenorhabditis elegans cell death protein Ced-3, mammalian interleukin-1 beta-converting enzyme (ICE), and the product of the mouse nedd2 gene. The CPP32 transcript is highly expressed and most abundant in cell lines of lymphocytic origin. Overexpression of CPP32 or ICE in Sf9 insect cells resulted in apoptosis. In addition, coexpression of recombinant p20 and p11 derived from the parental full-length CPP32 sequence resulted in apoptosis in Sf9 cells. Our data suggest that similar to ICE, CPP32 is made of two subunits, p20 and p11, which form the active CPP32 complex. The apoptotic activity of CPP32 and its high expression in lymphocytes suggest that CPP32 is an important mediator of apoptosis in the immune system.

Emerging evidence suggests that an amplifiable protease cascade consisting of multiple aspartate specific cysteine proteases (ASCPs) is responsible for the apoptotic changes observed in mammalian cells undergoing programmed cell death. Here we describe the cloning of two novel ASCPs from human Jurkat T-lymphocytes. Like other ASCPs, the new proteases, named Mch4 and Mch5, are derived from single chain proenzymes. However, their putative active sites contain a QACQG pentapeptide instead of the QACRG present in ail known ASCPs. Also, their N termini contain FADD-like death effector domains, suggesting possible interaction with FADD. Expression of Mch4 in Escherichia coli produced an active protease that, like other ASCPs, was potently inhibited (Kj = 14 nM) by the tetrapeptide aldehyde DEVD-CHO. Interestingly, both Mch4 and the serine protease granzyme B cleave recombinant proCPP32 and proMch3 at a conserved IXXD-S sequence to produce the large and small subunits of the active proteases. Granzyme B also cleaves proMch4 at a homologous IXXD-A processing sequence to produce mature Mch4. These observations suggest that CPP32 and Mch3 are targets of mature Mch4 protease in apoptotic cells. The presence of the FADD-like domains in Mch4 and Mch5 suggests a role for these proteases in the Fas-apoptotic pathway. In addition, these proteases could participate in the granzyme B apoptotic pathways.

Although proteases related to the interleukin 1 beta-converting enzyme (ICE) are known to be essential for apoptotic execution, the number of enzymes involved, their substrate specificities, and their specific roles in the characteristic biochemical and morphological changes of apoptosis are currently unknown. These questions were addressed using cloned recombinant ICE-related proteases (IRPs) and a cell-free model system for apoptosis (S/M extracts). First, we compared the substrate specificities of two recombinant human IRPs, CPP32 and Mch2 alpha. Both enzymes cleaved poly-(ADP-ribose) polymerase, albeit with different efficiencies. Mch2 alpha also cleaved recombinant and nuclear lamin A at a conserved VEID decreases NG sequence located in the middle of the coiled-coil rod domain, producing a fragment that was indistinguishable from the lamin A fragment observed in S/M extracts and in apoptotic cells. In contrast, CPP32 did not cleave lamin A. The cleavage of lamin A by Mch2 alpha and by S/M extracts was inhibited by millimolar concentrations of Zn2+, which had a minimal effect on cleavage of poly (ADP-ribose) polymerase by CPP32 and by S/M extracts. We also found that N-(acetyltyrosinylvalinyl-N epsilon-biotinyllysyl)aspartic acid [(2,6-dimethylbenzoyl)oxy]methyl ketone, which derivatizes the larger subunit of active ICE, can affinity label up to five active IRPs in S/M extracts. Together, these observations indicate that the processing of nuclear proteins in apoptosis involves multiple IRPs having distinct preferences for their apoptosis-associated substrates.

The Fas/APO-1-receptor associated cysteine protease Mch5 (MACH/FLICE) is believed to be the enzyme responsible for activating a protease cascade after Fas-receptor ligation, leading to cell death. The Fas-apoptotic pathway is potently inhibited by the cowpox serpin CrmA, suggesting that Mch5 could be the target of this serpin. Bacterial expression of proMch5 generated a mature enzyme composed of two subunits, which are derived from the precursor proenzyme by processing at Asp-227, Asp-233, Asp-391, and Asp-401. We demonstrate that recombinant Mch5 is able to process/activate all known ICE/Ced-3-like cysteine proteases and is potently inhibited by CrmA. This contrasts with the observation that Mch4, the second FADD-related cysteine protease that is also able to process/activate all known ICE/Ced-3-like cysteine proteases, is poorly inhibited by CrmA. These data suggest that Mch5 is the most upstream protease that receives the activation signal from the Fas-receptor to initiate the apoptotic protease cascade that leads to activation of ICE-like proteases (TX, ICE, and ICE-relIII), Ced-3-like proteases (CPP32, Mch2, Mch3, Mch4, and Mch6), and the ICH-1 protease. On the other hand, Mch4 could be a second upstream protease that is responsible for activation of the same protease cascade in CrmA-insensitive apoptotic pathways.

SummaryAn accurate photometric method has been developed using a Pfalz and Bauer Fluorophotometer for measuring the lysis of suspensions of M. lysodiekticus by lysozyme. This method has the distinct advantages of reproducing activities in 60 seconds after addition of the enzyme. Measurement of maximal rate of lysis in the early part of the time-course of reaction decreases the possibility of interference due to synergism by proteolytic enzymes or solution of cellular material by alkali reaction. This method has been extended to extracts of mammalian tissues.