Ca 2+ /kalmodulin -függő protein -kináz II -Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II
| Kalcium/kalmodulin -függő protein -kináz II asszociációs domén | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 A kalcium/kalmodulin-függő protein-kináz kristályszerkezete
| |||||||||
| Azonosítók | |||||||||
| Szimbólum | CaMKII_AD | ||||||||
| Pfam | PF08332 | ||||||||
| Pfam klán | CL0051 | ||||||||
| InterPro | IPR013543 | ||||||||
| |||||||||
Ca2+
A/kalmodulin-függő protein-kináz II ( CaM kináz II vagy CaMKII ) egy szerin/treonin-specifikus protein-kináz , amelyet a Ca2+
/ kalmodulin komplex. A CaMKII számos jelátviteli kaszkádban vesz részt, és úgy gondolják, hogy a tanulás és a memória fontos közvetítője . A CaMKII is szükséges a Ca -hoz2+
homeosztázis és újrafelvétel kardiomiocitákban , klorid transzport hámsejtekben, pozitív T-sejt szelekció és CD8 T-sejt aktiváció.
A CaMKII rossz szabályozása összefüggésben áll az Alzheimer -kórral , az Angelman -szindrómával és a szívritmuszavarokkal .
Típusok
Kétféle CaM kináz létezik:
- Specializált CaM kináz , mint például a miozin könnyű lánc kináz , amely foszforilezi a miozin , ami sima izmok a szerződés
- Multifunkcionális CaM kinázok , más néven CaM kináz II , amelyek szerepet játszanak a neurotranszmitter szekrécióban, a transzkripciós faktor szabályozásában és a glikogén anyagcserében.
Szerkezet, funkció és autoreguláció
A CaMKII az agy összes fehérjének 1-2% -át teszi ki, és 28 különböző izoformát tartalmaz . Az izoformák alfa, béta, gamma és delta génekből származnak.
Szerkezeti terület
A CaMKII összes izoformája rendelkezik: katalitikus doménnel , autoinhibitor doménnel, változó szegmenssel és önasszociációs doménnel.
A katalitikus doménnek számos kötőhelye van az ATP és más szubsztrát horgonyfehérjék számára. Felelős a foszfátnak az ATP -ből a Ser vagy Thr maradékokba történő átviteléért a szubsztrátokban. Az autoinhibitor domén egy pszeudoszubsztrát hellyel rendelkezik, amely kötődik a katalitikus doménhez, és blokkolja a fehérjék foszforilezési képességét.
A szerkezeti jellemző, amely ezt az autoinhibíciót szabályozza, a Threonine 286 maradék. Ennek a helynek a foszforilezése véglegesen aktiválja a CaMKII enzimet. Miután a Treonine 286 maradékot foszforilezték, a gátló domén blokkolódik az álszubsztrát helyről. Ez hatékonyan gátolja az autoinhibíciót, lehetővé téve a CaMKII enzim állandó aktiválását. Ez lehetővé teszi, hogy a CamKII aktív legyen, még kalcium és kalmodulin hiányában is.
A CaMKII másik két doménje a változó és az ön-asszociációs tartomány. E tartományok különbségei hozzájárulnak a különböző CaMKII izoformákhoz.
Az ön-asszociációs domén (CaMKII AD) a C-terminálison található , ennek a doménnek az a feladata, hogy az egyes fehérjéket nagy (8-14 alegység) multimerré gyűjtse össze
Kalcium és kalmodulin függőség
A CaMKII enzim kalciummal és kalmodulinnal szembeni érzékenységét a változó és az ön-asszociatív domén határozza meg. Ez a CaMKII érzékenységi szint az enzim különböző aktiválási állapotát is modulálni fogja. Kezdetben az enzim aktiválódik; azonban az autofoszforiláció nem következik be, mert nincs elegendő kalcium vagy kalmodulin jelen a szomszédos alegységekhez való kötődéshez. Ahogy nagyobb mennyiségű kalcium és kalmodulin halmozódik fel, autofoszforiláció következik be, ami a CaMKII enzim rövid ideig tartó aktiválásához vezet. A Treonine 286 maradék azonban végül defoszforilálódik, ami a CaMKII inaktiválásához vezet.
Autofoszforiláció
Az autofoszforiláció az a folyamat, amelyben egy kináz egy foszfátcsoportot köt magához. Amikor a CaMKII autofoszforilálódik, tartósan aktívvá válik. A Treonine 286 hely foszforilezése lehetővé teszi a katalitikus domén aktiválását. Az autofoszforilációt fokozza a holoenzim szerkezete, mivel két halmozott gyűrűben van jelen. Ezeknek a szomszédos gyűrűknek a közelsége növeli a szomszédos CaMKII enzimek foszforilációjának valószínűségét, elősegítve ezzel az autofoszforilációt. Az autofoszforilációt elősegítő mechanizmus a PP1 (fehérje -foszfatáz I) gátlását jellemzi . Ez lehetővé teszi a CaMKII számára, hogy folyamatosan aktív legyen, növelve az autofoszforiláció valószínűségét.
Hosszú távú erősítés
A kalcium/ kalmodulin-függő protein-kináz II szintén erősen érintett a hosszú távú potenciálásban (LTP)-az aktív szinapszisok erősítésének molekuláris folyamatában, amelyről úgy gondolják, hogy a memóriafolyamatok hátterében áll. Ennek a folyamatnak számos aspektusában részt vesz. Az LTP akkor indul, amikor az NMDA receptorok olyan helyi környezetben vannak, amelynek feszültségpotenciálja elég magas ahhoz, hogy kiszorítsa a pozitív töltésű Mg 2+ iont a csatorna pórusából. A csatorna blokkolásának feloldása következtében a Ca 2+ ionok képesek bejutni a posztszinaptikus neuronba az NMDA receptor csatornán keresztül. Ez a Ca 2+ beáramlás aktiválja a CaMKII -t. Kimutatták, hogy a CaMKII aktivitás közvetlenül a dendritek posztszinaptikus sűrűségében növekszik az LTP indukció után, ami arra utal, hogy az aktiválás a stimuláció közvetlen eredménye.
Az LTP -ben
Amikor az alfa-CaMKII egerekben kiüt, az LTP 50%-kal csökken. Ez azzal magyarázható, hogy a béta-CaMKII felelős a CaMKII aktivitás körülbelül 65% -áért. Az LTP teljesen blokkolható, ha a CaMKII -t úgy módosítják, hogy az ne maradjon aktív. Az LTP indukció után a CaMKII a posztszinaptikus sűrűségre (PSD) költözik. Ha azonban a stimuláció nem indukál LTP -t, a transzlokáció gyorsan visszafordítható. A PSD -hez való kötődés megváltoztatja a CaMKII -t, így kevésbé valószínű, hogy defoszforilálódik. A CaMKII a CaMKII defoszforilezéséért felelős protein -foszfatáz 2A (PP2A) szubsztrátjából a fehérje -foszfatáz 1. transzformálódik. Strack, S. (1997) ezt a jelenséget a hippocampalis szeletek kémiai stimulálásával bizonyította. Ez a kísérlet illusztrálja, hogy a CaMKII hozzájárul a szinaptikus erő fokozásához. Sanhueza és mtsai. megállapította, hogy a CaMKII folyamatos aktiválása szükséges az LTP fenntartásához. A hippokampális szeleteken LTP -t indukált, és kísérletileg antagonistát (CaMKIINtide) alkalmazott, hogy megakadályozza a CaMKII aktív maradását. A CaMKIINtide -nal felvitt szeletek csökkentették a normalizált EPSP meredekségét a gyógyszer infúzió után, ami azt jelenti, hogy az indukált LTP megfordult. A normalizált EPSP meredekség állandó maradt a kontrollban; A CaMKII az LTP létrehozása után is részt vesz az LTP karbantartási folyamatában. A CaMKII -t kalcium/kalmodulin aktiválja, de az autofoszforiláció fenntartja. A CaMKII aktiválódik az NMDA-receptor által közvetített kalcium-emelkedés által, amely az LTP indukciója során következik be. Az aktiválást mind az alfa-, mind a béta-alegység és a Thr286/287 foszforilációja kíséri.
Az LTP független indukciója
Az LTP kiváltható CaMKII mesterséges befecskendezésével. Amikor a CaMKII-t posztszinaptikusan infundálják a hippokampusz szeletekbe, valamint az intracelluláris perfúziót vagy a vírus expresszióját, a szinapszis glutamát- és egyéb kémiai jelekre adott válaszának kétszerese-háromszorosára nő.
Gépész szerepe az LTP -ben
Erős bizonyíték van arra, hogy a CaMKII aktiválása után a CaMKII szerepet játszik az AMPA -receptorok membránba, majd a dendrit PSD -jébe történő forgalomba hozatalában . Az AMPA receptorok mozgása fokozza a szinapszisok megerősítésével a posztszinaptikus választ a preszinaptikus depolarizációra. Ez LTP -t termel.
Mechanikusan a CaMKII foszforilálja az AMPA receptorokat a P2 szerin 831 helyen. Ez növeli az AMPA receptorok GluA1 alegységeinek csatornavezetését, ami lehetővé teszi, hogy az AMPA receptorok érzékenyebbek legyenek a normálnál az LTP során. A megnövekedett AMPA receptor érzékenység fokozott szinaptikus erőhöz vezet.
Amellett, hogy növeli a GluA1 alegységek csatornavezetőképességét, kimutatták, hogy a CaMKII segíti az AMPA receptor exocitózis folyamatát is. A tartalék AMPA receptorok a sejt endoszómájába vannak ágyazva. A CaMKII stimulálhatja az endoszómákat, hogy a külső membránra költözzenek, és aktiválják a beágyazott AMPA receptorokat. Az endoszómák exocitózisa megnagyobbodik és növeli az AMPA receptorok számát a szinapszisban. A nagyobb számú AMPA receptor növeli a szinapszis preszinaptikus depolarizációra való érzékenységét, és LTP -t generál.
Az LTP karbantartása
Az LTP létrehozásában való segítségnyújtás mellett a CaMKII kulcsfontosságúnak bizonyult az LTP fenntartásában. Úgy gondolják, hogy az autofoszforilációs képessége fontos szerepet játszik ebben a karbantartásban. Bizonyos CaMKII-blokkolók beadása nemcsak az LTP blokkolását, hanem annak időfüggő visszafordítását is kimutatták.
Viselkedési memória
Mivel úgy gondolják, hogy az LTP a tanulási és memóriafolyamatok hátterében áll, a CaMKII szintén kulcsfontosságú a memória kialakulásához. A géntechnológiával módosított egereket érintő viselkedési vizsgálatok kimutatták a CaMKII fontosságát.
Az autofoszforiláció megakadályozása
Hiány a térbeli tanulásban
1998 -ban Giese és munkatársai a CaMKII autofoszforiláció megakadályozására genetikailag módosított ejtett egereket tanulmányoztak. Megfigyelték, hogy az egereknek nehézséget okoz a rejtett platform megtalálása a Morris vízilabirintusban. A Morris vízi labirintus feladatot gyakran használják a hippocampus-függő térbeli tanulás ábrázolására. Az egerek képtelensége megtalálni a rejtett platformot a térbeli tanulás hiányosságaival jár.
Ezek az eredmények azonban nem voltak teljesen meggyőzőek, mert a memóriaképződés hiánya genetikai változásokból eredő szenzoros motoros károsodással is összefüggésbe hozható.
Hiány a félelem emlékeiben
Irvine és kollégái 2006 -ban kimutatták, hogy a CaMKII autofoszforilációjának megakadályozása miatt az egerek károsítják a félelem kondicionálásának kezdeti tanulását. Az ismételt vizsgálatok után azonban a károsodott egerek hasonló félelemmemóriát mutattak, mint a kontroll egerek. A CaMKII szerepet játszhat a gyors félelemmemóriában, de hosszú távon nem akadályozza meg teljesen a félelemmemóriát.
2004 -ben Rodrigues és munkatársai megállapították, hogy a félelem kondicionálása növeli a foszforilált CaMKII -t az oldalsó amygdala szinapszisokban és a dendritikus gerincben, jelezve, hogy a félelem kondicionálása felelős lehet a kináz szabályozásáért és aktiválásáért. Felfedeztek egy gyógyszert, a KN-62-et is , amely gátolta a CaMKII-t, és megakadályozta a félelem kondicionálását és az LTP-t.
Hiány a memórianyomok konszolidációjában
Az α-CaMKII heterozigóta egerek a normál fehérje felét expresszálják, mint a vad típusú szint. Ezek az egerek normális memóriaraktározást mutattak a hippokampuszban, de hiányoztak a memória konszolidációjában a kéregben.
Túlkifejezés
Mayford és munkatársai olyan transzgenikus egereket fejlesztettek ki, amelyek CaMKII-t expresszálnak Thr-286 pontmutációjával aszpartáttá, ami utánozza az autofoszforilációt és növeli a kinázaktivitást. Ezek az egerek nem tudtak LTP-választ mutatni a gyenge ingerekre, és nem végeztek hippocampus-függő térbeli tanulást, amely vizuális vagy szagló jelektől függ.
A kutatók azt feltételezik, hogy ezek az eredmények az állatok stabil hippokampális helysejtjeinek hiányából adódhatnak.
Mivel azonban a genetikai módosítások nem szándékos fejlődési változásokat okozhatnak, a vírusvektor szállítása lehetővé teszi az egerek genetikai anyagának módosítását a fejlődés meghatározott szakaszaiban. Lehetséges, hogy a vírusvektor bejuttatásával egy kiválasztott gént injektálunk az agy egy bizonyos régiójába egy már fejlett állatban. Poulsen és munkatársai 2007 -ben ezt a módszert használták a CaMKII injekciójához a hippocampusba. Azt találták, hogy a CaMKII túlzott expressziója kismértékben javította az új emlékek megszerzését.
Függőség
A kábítószerek által kiváltott változások a CaMKII funkcióban összefüggésben állnak a függőséggel.
Különböző formák
CaMK2A
A CaMKIIA a CamKII egyik fő formája. Kiderült, hogy kritikus szerepet játszik a CamKII aktivációjának fenntartásában a posztszinaptikus sűrűségben. Tanulmányok kimutatták, hogy a CaMKIIA nélküli kiütött egerek alacsony LTP gyakoriságot mutatnak. Ezenkívül ezek az egerek nem képeznek tartós, stabil helysejteket a hippocampusban.
CaMK2B
A CaMK2B autofoszforilációs hellyel rendelkezik a Thr287 -en. Célzási vagy dokkoló modulként működik. A fordított transzkripciós polimeráz láncreakció és a szekvenálási elemzés legalább öt alternatív splicing variánst azonosított a béta CaMKII-ben (béta, béta6, béta, béta'e és béta7) az agyban, és közülük kettőt (béta6 és béta7) észleltek először bármely fajban .
CaMK2D
A CaMK2D neuronális és nem neuronális sejttípusokban egyaránt megjelenik. Különösen sok daganatsejt jellemzi, mint például a hasnyálmirigy, a leukémia, az emlő és más tumorsejtek. megállapította, hogy a CaMK2D alulszabályozott az emberi tumorsejtekben.
CaMK2G
Kimutatták, hogy a CaMK2G kulcsfontosságú extracelluláris szignál-szabályozott kináz a differenciált simaizomsejtekben.
Gének
Lásd még
Hivatkozások
Külső linkek
- Kalcium-kalmodulin + Függő + Fehérje + kinázok az amerikai National Library of Medicine orvosi tárgyszórendszere (mm)
- Ha többet szeretne megtudni a CaMKII -ről ...
