ヒト海馬CaMKII転写物の不均一性はアロステリックハブ依存性調節を明らかにする

Sci. Signal. 21 Jul 2020:
Vol. 13, Issue 641, eaaz0240
DOI: 10.1126/scisignal.aaz0240

Roman Sloutsky^1,*, Noelle Dziedzic^1,2,*, Matthew J. Dunn¹, Rachel M. Bates¹, Ana P. Torres-Ocampo^1,2, Sivakumar Boopathy³, Brendan Page¹, John G. Weeks¹, Luke H. Chao^3,4,†, and Margaret M. Stratton^1,†

1. ¹ Department of Biochemistry and Molecular Biology, University of Massachusetts, Amherst, MA 01003, USA.
2. ² Molecular and Cellular Biology Graduate Program, University of Massachusetts, Amherst, MA 01003, USA.
3. ³ Department of Molecular Biology, Massachusetts General Hospital, Boston, MA 02114, USA.
4. ⁴ Department of Genetics Harvard Medical School, Boston, MA 02115, USA.

† Corresponding author. Email: mstratton@umass.edu (M.M.S.); chao@molbio.mgh.harvard.edu (L.H.C.)

* These authors contributed equally to this work.

要約

カルシウム/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼII（CaMKII）は、全身のCa²⁺シグナル伝達において中心的役割を果たす。海馬では、学習と記憶にCaMKIIが必要である。脊椎動物のゲノムは、CaMKIIα、CaMKIIβ、CaMKIIγ、CaMKIIδの4つのCaMKIIホモログをコードする。すべてのCaMKIIは、キナーゼドメイン、調節セグメント、可変リンカー領域、およびオリゴマー化を担うハブドメインで構成されている。4つのタンパク質は、広範な選択的スプライシングのため、主にリンカーの長さと組成が異なる。ここでは、ディープシーケンスを用いてヒト海馬の3つの複雑な試料でのCaMKII転写産物の不均一性を報告する。海馬細胞には、4つすべてのCaMKIIをコードする遺伝子由来の70を超えるCaMKII転写産物の多様なコレクションがあることを示した。リンカーの長さと組成が広範囲に渡る海馬CaMKIIバリアントのCa²⁺/CaM感受性を特徴付けた。Ca²⁺/CaM感受性に及ぼす可変リンカーの影響は、キナーゼおよびハブドメインに依存していた。さらに、CaMKII活性を調節するための薬理学的標的を提供する可能性があるキナーゼ活性のアロステリック調節因子として、ハブドメインのこれまで不明だった役割を明らかにした。X線小角散乱と単一粒子低温電子顕微鏡法（クライオEM）を用いて、30残基のリンカーが存在する場合でも、キナーゼとハブドメイン間の広範な相互作用の証拠を提示する。合わせると、これらのデータは、CaMKIIのCa²⁺/CaM感受性がホモログ依存性であり、ハブドメインからの実質的な寄与を含むことを示唆している。生化学と組み合わせたわれわれのシーケンス手法は、内因性CaMKIIスプライスバリアントの複雑なプールを理解するための洞察を提供する。

Citation: R. Sloutsky, N. Dziedzic, M. J. Dunn, R. M. Bates, A. P. Torres-Ocampo, S. Boopathy, B. Page, J. G. Weeks, L. H. Chao, M. M. Stratton, Heterogeneity in human hippocampal CaMKII transcripts reveals allosteric hub-dependent regulation. Sci. Signal. 13, eaaz0240 (2020).