プロテインキナーゼは、細胞および細胞内の分布、基質特異性および調節が異なる
これらの特性は、哺乳類組織で発見されている70種類以上のプロテインキナーゼによって演じられる機能的役割を決定し、そのほとんどはニューロンで発現することが知られている。 表24-1に記載されている脳内のタンパク質セリン-トレオニンキナーゼの主要なクラスは、この章でカバーされています。 脳内のタンパク質チロシンキナーゼの主要なクラスは、第25章で議論されています。 脳内で最もよく研究されているプロテインキナーゼの中には、第二のメッセンジャー cAMP、cGMP、Ca2+およびDAGによって活性化されるものがある。
cAMP依存性プロテインキナーゼ（プロテインキナーゼA;PKA）は、触媒サブユニットと調節サブユニットから構成されている。 キナーゼのホロ酵素は、二つの触媒（C）サブユニットと二つの調節（R）サブユニットの四量体からなり、不活性である。 cAMPは調節サブユニットに結合することによってホロ酵素を活性化し、それによってホロ酵素の遊離調節サブユニットおよび遊離活性触媒サブユニットへの解離を引き起こす。 Ｃサブユニットの３つのアイソフォーム、それぞれ約４ ０ｋＤａ、およびＲサブユニットの４つのアイソフォーム、それぞれ５ ０〜５ ５ｋＤａは、哺乳動物組織からクローニングされている。 Ｃ Ａ，Ｃ Β，Ｃｙの三つのサブユニットは，非常に類似した広範な基質特異性を示し，すなわち多数の生理学的基質タンパク質をリン酸化し，一般に互いにアイソフォームとみなすことができる。 四つのRサブユニットは、I型とII型タンパク質のそれぞれ二つの形態からなる。 ＲＩＩａおよびＲｉｉａは、以下に記載されるように、自己リン酸化を受けるが、ＲｉａおよびＲｉｉａは、以下に記載されるように、自己リン酸化を受ける。 プロテインキナーゼのこれらのRおよびCサブユニットのほとんどは、脳内の広い細胞分布を示す。
PKA活性は細胞全体に存在し、原形質膜および細胞質および核画分に関連する。 キナーゼは、キナーゼアンカータンパク質（AKAPs）と呼ばれる一連のアンカータンパク質を介して、大部分は細胞内で高度に区画化されている。 いくつかの形態のAkapが知られており、その多くは約75〜79kDaである。 AKAPsは、プロテインキナーゼのRIIaおよびRii Βサブユニットと特異的に結合し、それによって、これらの調節サブユニットおよびそれらの結合触媒サブユニットを特定の細胞内部位、例えばシナプス後密度に結合させる。 シナプス後密度は、シナプス前神経終末を割り当てる遠位樹状突起の特殊化であり、シナプス伝達に必要な神経伝達物質受容体および他のタンパク質の一部を含むと考えられている。 このようにして、AKAPsは、シナプス伝達を調節するためにリン酸化するシグナル伝達タンパク質のカスケードに近接してプロテインキナーゼを維持する。 生理学的条件下でＡｋａｐが果たす重要な役割は、ＡＫＡＰ−ＲＩＩ相互作用を破壊する合成ポリペプチドが、ＰＫＡの特定の生理学的効果を破壊することが示された実験に
cGMP依存性プロテインキナーゼ（PKG）は、二つの同一のサブユニットの二量体である。 各サブユニットは、〜75,000のMrを有し、cGMPに結合する調節ドメインおよび触媒ドメインを含む。 CAMP依存性酵素と同様に、cGMPは分子の調節ドメインに結合することによって不活性なホロ酵素を活性化するが、cAMP依存性酵素とは異なり、cgmp依存性ホロ酵素の活性化はサブユニットの解離を伴わない。 ＰＫ Ｇは、ＰＫ Ａよりもはるかに限定された細胞分布および基質特異性を示す。 これは、細胞機能の調節におけるcGMPの第二メッセンジャーアクションの数が少ないことを反映しています。
カルシウム/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼ（CaMキナーゼ; CaMKs）は、神経系におけるカルシウム依存性キナーゼの二つの主要なクラスの一つである。 脳には少なくとも6つの主要なタイプのCaMKが含まれており、それぞれが非常に異なる特性を持っています。 CaMK IIは、cAMP依存性酵素のように、広い細胞分布と基質特異性を示し、それはおそらくニューロンの多くのタイプのCa2+の第二メッセンジャーアクションの多く PKGに類推すると、CaMK IIは、静止状態では、に結合し、触媒ドメインを阻害する、調節ドメインが含まれています; この阻害は、Ca2+/カルモジュリンが規制ドメインに結合するときに緩和される。 この酵素のいくつかのアイソフォームは、それぞれ-50と60kDaの複数のαとβサブユニットを含む、クローニングされています。 この酵素は、生理学的条件下で、同一または別個のアイソフォームの大きな多量体複合体として存在する。
Camk IおよびIVは、神経系におけるCa2+の第二メッセンジャー作用の多くを仲介する上で重要な役割を果たしているように見えるが、その正確な基質特異性は部分的にしか知られていない。 CaMK IとIVの興味深い特徴の一つは、Ca2+/カルモジュリン結合だけでなく、CaMK IキナーゼとCaMK IVキナーゼと呼ばれている他のプロテインキナーゼによるリン酸化によっても活性化されるように見えることである。 これらのCaMKキナーゼはまた、Ca2+/カルモジュリン依存性酵素であり得る。 CaMK IVキナーゼ酵素はクローン化されている。 興味深いことに、このキナーゼは、それ自体がPKAによってリン酸化され、阻害され、それにより、以下により詳細に説明されるように、cAMPおよびCa2+カスケード
CaMKの残りの三つのタイプは、ホスホリラーゼキナーゼ、ミオシン軽鎖キナーゼおよびCaMK IIIである。 これらの酵素は、生理学的条件下では、より少ない基質タンパク質をリン酸化するように見え、場合によっては1つのタイプのみであり、それぞれが神経系におけるCa2+の比較的少ない作用を媒介する可能性がある。
プロテインキナーゼC(PKC)はCa2+依存性プロテインキナーゼの他の主要なクラスを含み、Dagおよびホスファチジルセリンと共にCa2+によって活性化される。 複数の形態のPKCがクローン化されており、脳には少なくとも7種の酵素が含まれていることが知られています。 PKCの変異型は、脳内の異なる細胞分布および異なる調節特性を示す。 例えば、それらは、Ｃａ２＋およびＤＡＧがそれらを活性化する相対的能力において異なる：いくつかは、Ｃａ２＋およびＤＡＧの両方を必要とするが、他のものは、明らかに、細胞Ｃａ２＋濃度の増加なしに、ＤＡＧ単独で活性化することができる。 しかし、これらの酵素は同様の基質特異性を示し、その結果、しばしばアイソフォームと考えられる。
PKCは生理的条件下で約80kDaの単一ポリペプチド鎖として存在する。 各ポリペプチドは、休止状態で、触媒ドメインに結合し、触媒ドメインを阻害する調節ドメインを含有する。 この阻害は、Ｃａ２＋および／またはＤＡＧが調節ドメインに結合するときに軽減される。 PKCは、広範な基質特異性を示し、標的ニューロンにおけるCa2+の多数の第二メッセンジャー機能を仲介する。
基礎条件下では、PKCは主に細胞質タンパク質である。 Ｃａ２＋またはＤＡＧによる活性化の際に、酵素は、受容体およびイオンチャネルを含む、その既知の生理学的基質の多くの部位である原形質膜と会合する。 実際、細胞質から膜へのＰＫＣの転座は、酵素活性化の実験的尺度として長い間使用されてきた。 このような転座は、多くの場合、ホルボールエステル結合によってアッセイされている；ホルボールエステルは、ＰＫＣに選択的に結合し、活性化する腫瘍促進剤 最近、細胞質から原形質膜へのPKCの転座の分子的基礎が解決されている。 活性化されたPKCは、酵素の不活性形態ではなく、活性化されたCキナーゼ（RACK）の受容体と呼ばれる一連の膜関連タンパク質に高い親和性で結合する。 ラックは、それによって、それらの活性が必要とされる細胞内部位にこれらの広く発現された酵素を指示または募集するために、PKAのためのAKAPsとの類推によって機能する。
細胞外シグナルの多様な作用は、第二メッセンジャー依存性プロテインキナーゼによって媒介される。 特定のタイプのニューロンへのpka、PKG、CaMK IIまたはPKCのマイクロインジェクションまたはトランスフェクションによる細胞内アプリケーションは、それらのニュー キナーゼの特定の阻害剤が利用可能である場合、それらの適用は、それらの応答を誘発する神経伝達物質の能力を遮断することが示されている。 一緒に取られて、これらの知見は、これらの第二メッセンジャー依存性プロテインキナーゼの活性化は、特定の第一メッセンジャーは、その生理学的効果のい
トランスジェニック方法論は、脳のシグナル伝達の調節における第二メッセンジャー依存性プロテインキナーゼの重要性のためのさらなる証拠を提 これまでの最良の例は、CaMK IIのサブユニットを欠いているマウスによって提供される。 これらの動物は、海馬におけるシナプス可塑性、長期増強、ならびに海馬機能に依存する学習の一形態である異常な空間学習の形態の欠陥を示す（Chap. 50).
