a Protein kinázok különböznek sejtes és szubcelluláris eloszlásukban, szubsztrát specificitásukban és szabályozásukban
ezek a tulajdonságok határozzák meg az emlősszövetekben található több mint 70 protein kináz-típus funkcionális szerepét, amelyek többsége ismert, hogy az idegsejtekben expresszálódik . A 24-1.táblázatban felsorolt, az agyban található protein-szerin-treonin kinázok főbb osztályait ez a fejezet tárgyalja. Az agyban található protein tirozin-kinázok főbb osztályait a 25. fejezet tárgyalja. Az agyban a legjobban vizsgált protein-kinázok közé tartoznak azok, amelyeket a cAMP, a cGMP, a Ca2+ és a DAG második hírvivők aktiválnak .
a cAMP-függő protein-kináz (protein-kináz a; PKA) katalitikus és szabályozó alegységekből áll. A kináz holoenzimje, amely két katalitikus (C) és két szabályozó (R) alegységből álló tetramer, inaktív. a cAMP aktiválja a holoenzimet azáltal, hogy kötődik a szabályozó alegységekhez, ezáltal a holoenzim szabad szabályozó és szabad aktív katalitikus alegységekké disszociál . A C alegység három izoformáját, mindegyik körülbelül 40 kDa-t, valamint az R alegység négy izoformáját, mindegyik 50-55 kDa-t klónoztak emlősszövetekből. A három C alegység, a Ca, A C és a Cy, nagyon hasonló és széles szubsztrát specificitást mutat, vagyis nagyszámú fiziológiás szubsztrátfehérjét foszforilálnak, és általában egymás izoformáinak tekinthetők. A négy R alegység az I. és II. típusú fehérjék két formájából áll. A Riia és a Rii (de a Ria és Ri) (de a Ria és Ri (Ri)) kivételével) autofoszforiláción mennek keresztül, az alábbiakban leírtak szerint. A protein-kináz ezen R és C alegységeinek többsége széles sejteloszlást mutat az agyban.
a PKA aktivitás az egész sejtben jelen van, a plazmamembránhoz, valamint a citoplazmatikus és nukleáris frakciókhoz kapcsolódva. A kináz erősen szét van osztva a sejten belül, nagyrészt horgonyzó fehérjék sorozatán keresztül, amelyeket kináz horgonyfehérjéknek (AKAPs) neveznek . Az AKAPs számos formája ismert, sok körülbelül 75-79 kDa. Az AKAP-ok specifikusan kötődnek a protein-kináz RIIa és Rii (Rii) blokkok alegységeihez, és ezáltal ezeket a szabályozó alegységeket és azok kötött katalitikus alegységeit meghatározott szubcelluláris helyekhez kötik, például posztszinaptikus sűrűségekhez. A posztszinaptikus sűrűségek a disztális dendritek specializációi, amelyek preszinaptikus idegvégződéseket tartalmaznak, és úgy gondolják, hogy tartalmaznak néhány neurotranszmitter receptort és más, a szinaptikus transzmisszióhoz szükséges fehérjét. Ily módon az AKAPs a protein-kinázt a szignál-transzdukciós fehérjék kaszkádjának közvetlen közelében tartja, amelyet foszforilál a szinaptikus transzmisszió szabályozására. Az AKAPs fiziológiai körülmények között játszott fontos szerepét olyan kísérletek jelzik, amelyekben kimutatták, hogy az AKAP—RII kölcsönhatásokat megzavaró szintetikus polipeptidek megzavarják a PKA specifikus fiziológiai hatásait .
a cGMP-függő protein kináz (PKG) két azonos alegység dimerje. Minden alegység, amelynek Mr értéke ~75 000, tartalmaz egy szabályozó domént, amely megköti a cGMP-t, és egy katalitikus domént . A cAMP-függő enzimhez hasonlóan a cGMP is aktiválja az inaktív holoenzimet azáltal, hogy kötődik a molekula szabályozó doménjéhez; a cAMP-függő enzimmel ellentétben azonban a cGMP-függő holoenzim aktiválását nem kíséri az alegységek disszociációja. A PKG sokkal korlátozottabb sejteloszlást és szubsztrát specificitást mutat, mint a PKA. Ez tükrözi a cGMP másodlagos hírvivő műveleteinek kisebb számát a sejtfunkció szabályozásában.
kalcium/kalmodulin-függő protein-kinázok (CaM-kinázok; CaMKs) az idegrendszer kalciumfüggő kinázainak két fő osztályának egyike. Az agy legalább hat fő típusú CaMK-t tartalmaz, amelyek mindegyike nagyon különböző tulajdonságokkal rendelkezik. A Camp II, mint a cAMP-függő enzim, széles sejteloszlást és szubsztrát-specifitást mutat, és “multifunkcionális protein-kináznak” tekinthető, mivel valószínűleg a Ca2+ második hírvivő műveleteinek sokaságát közvetíti számos neurontípusban . A PKG analógiájára a CaMK II tartalmaz egy szabályozó domént, amely nyugalmi állapotban egy katalitikus doménhez kötődik és gátolja; ez a gátlás enyhül, ha a Ca2+ / kalmodulin kötődik a szabályozó doménhez. Ennek az enzimnek több izoformáját klónozták, köztük több ~50, illetve 60 kDa-s alegységet. Az enzim fiziológiás körülmények között létezik, mint azonos vagy különálló izoformák nagy multimer komplexei.
úgy tűnik, hogy az I. és IV. CaMKs fontos szerepet játszik a Ca2+ számos második hírvivő hatásának közvetítésében az idegrendszerben, bár pontos szubsztrát specifitásuk csak részben ismert . A CaMK I és IV egyik érdekes tulajdonsága, hogy úgy tűnik, hogy mindkettő nemcsak Ca2+/kalmodulin-kötéssel aktiválódik, hanem más protein-kinázok foszforilációjával is, amelyeket CaMK I kináznak, illetve CaMK IV kináznak neveznek . Ezek a CaMK-kinázok Ca2+/kalmodulin-függő enzimek is lehetnek. A CaMK IV kináz enzimet klónozták. Érdekes, hogy ezt a kinázt maga a PKA foszforilálja és gátolja, ezáltal kiemelkedő mechanizmust biztosít, amellyel a cAMP és a Ca2+ kaszkádok kölcsönhatásba lépnek, amint azt az alábbiakban részletesebben tárgyaljuk.
a CaMK fennmaradó három típusa a foszforiláz-kináz, a miozin könnyű lánc-kináz és a CaMK III . Úgy tűnik, hogy ezek az enzimek kevesebb szubsztrátfehérjét foszforilálnak, és egyes esetekben csak egy típust, fiziológiai körülmények között, és ezért mindegyik viszonylag kevesebb Ca2+ hatást közvetíthet az idegrendszerben.
a Protein-kináz C (PKC) a Ca2+ – függő protein-kinázok másik fő osztályát tartalmazza, és a Ca2+ aktiválja a dag-gal és a foszfatidil-szerinnel együtt . A PKC több formáját klónozták, és az agyban ismert, hogy az enzim legalább hét fajt tartalmaz. A PKC variáns formái eltérő sejteloszlást mutatnak az agyban és különböző szabályozó tulajdonságokkal rendelkeznek. Például különböznek a Ca2+ és a DAG relatív képességében, hogy aktiválják őket: egyesek mind Ca2+ – ot, mind DAG-ot igényelnek, míg mások csak a dag-val aktiválhatók, nyilvánvalóan a celluláris Ca2+ koncentrációk növekedése nélkül. Ezek az enzimek azonban hasonló szubsztrát-sajátosságokat mutatnak, ezért gyakran izoformáknak tekintik őket.
a PKC fiziológiás körülmények között körülbelül 80 kDa polipeptidláncként létezik. Minden polipeptid tartalmaz egy szabályozó domént, amely nyugalmi állapotban kötődik és gátolja a katalitikus domént. Ez a gátlás megszűnik, ha a Ca2+ és / vagy a DAG kötődik a szabályozó doménhez. A PKC széles szubsztrát specificitást mutat, és a Ca2+ számos másodlagos hírvivő funkcióját közvetíti a célneuronokban.
bazális körülmények között a PKC túlnyomórészt citoplazmatikus fehérje. A Ca2+ vagy DAG által történő aktiválás után az enzim a plazmamembránhoz kapcsolódik, amely számos ismert fiziológiai szubsztrátja, beleértve a receptorokat és az ioncsatornákat is. Valójában a PKC transzlokációját a citoplazmából a membránba már régóta használják az enzimaktiváció kísérleti mércéjeként. Az ilyen transzlokációt gyakran phorbol-észter kötéssel vizsgálták; a phorbol-észterek tumor-elősegítő szerek, amelyek szelektíven kötődnek és aktiválják a PKC-t. A közelmúltban megoldódott a PKC transzlokációjának molekuláris alapja a citoplazmából a plazmamembránba. Az aktivált PKC, de nem az enzim inaktív formája, nagy affinitással kötődik a membránhoz kapcsolódó fehérjék sorozatához, amelyeket az aktivált C-kináz (RACK) receptorainak neveznek . Az állványok ezáltal az AKAP-kkal analóg módon működnek, hogy a PKA ezeket a széles körben expresszált enzimeket szubcelluláris helyekre irányítsa vagy toborozza, ahol aktivitásuk szükséges.
az extracelluláris jelek különböző hatásait a második messenger-függő protein-kinázok közvetítik. Kimutatták, hogy a PKA, PKG, CaMK II vagy PKC mikroinjekcióval vagy transzfekcióval történő intracelluláris alkalmazása bizonyos típusú neuronokba utánozza a specifikus fiziológiai válaszokat (ioncsatornák szabályozása, neurotranszmitter felszabadulás és gén transzkripció) az adott neuronok specifikus első hírvivőire (neurotranszmitterek vagy idegimpulzusok). Ahol a kinázok specifikus inhibitorai rendelkezésre állnak, alkalmazásuk bizonyítottan gátolja a neurotranszmitterek azon képességét, hogy kiváltsák ezeket a válaszokat. Összességében ezek az eredmények azt mutatják, hogy ezeknek a második hírvivőtől függő protein-kinázoknak az aktiválása mind szükséges, mind elegendő lépés az események sorrendjében, amelyek során bizonyos első hírvivők fiziológiai hatásaikat kiváltják.
a transzgenikus módszerek további bizonyítékokat szolgáltattak a második hírvivő-függő protein-kinázok fontosságáról az agyi jelátvitel szabályozásában. Az eddigi legjobb példát a CaMK II alegységeiből hiányzó egerek szolgáltatják. Ezek az állatok hiányosságokat mutatnak a szinaptikus plaszticitás, a hosszú távú potencírozás formájában a hippokampuszban, valamint a rendellenes térbeli tanulásban, a hippokampusz funkciójától függő tanulási formában (Lásd még Chap. 50).
