Proteinkinaser varierer i deres cellulære og subcellulære distribusjon, substratspesifisitet og regulering
disse egenskapene bestemmer funksjonelle roller spilt av de mer enn 70 typer proteinkinaser som har blitt funnet i pattedyrvev, hvorav de fleste er kjent for å være uttrykt i nevroner . De viktigste klassene av protein serin-treoninkinaser i hjernen, oppført i Tabell 24-1, er dekket i dette kapitlet. De viktigste klassene av protein tyrosinkinaser i hjernen er omtalt I Kapittel 25. Blant de best studerte proteinkinaser i hjernen er de som aktiveres av den andre budbringeren cAMP, cGMP, Ca2 + og DAG .
cAMP-avhengig proteinkinase (proteinkinase A; pka) består av katalytiske og regulatoriske underenheter. Holoenzymet av kinasen, som består av en tetramer av to katalytiske (C) og to regulatoriske (R) underenheter, er inaktivt. cAMP aktiverer holoenzymet ved å binde seg til regulatoriske underenheter, og derved forårsake dissosiasjon av holoenzymet i frie regulatoriske og frie aktive katalytiske underenheter . Tre isoformer Av C-underenheten, hver på ca. 40 kDa, og fire isoformer Av R-underenheten, hver på 50 til 55 kDa, har blitt klonet fra pattedyrvev. De tre c-underenhetene, betegnet Ca, Cß og Cy, utviser en meget lik og bred substratspesifisitet, det vil si at de fosforylerer et stort antall fysiologiske substratproteiner, og kan generelt betraktes som isoformer av hverandre. De fire R-underenhetene består av to former hver av type i og TYPE II proteiner. RIIa og RIIß, men ikke RIa og RIß, gjennomgår autofosforylering, som beskrevet nedenfor. De fleste Av Disse R-og C-underenhetene av proteinkinasen viser en bred cellefordeling i hjernen.
PKA-aktivitet er tilstede gjennom hele cellen, assosiert med plasmamembranen og cytoplasmatiske og nukleare fraksjoner. Kinasen er svært oppdelt i cellen, i stor grad via en serie forankringsproteiner, betegnet et kinase ankerproteiner (AKAPs) . Flere former For AKAPs er kjent, mange av ca 75 til 79 kDa. AKAPs binder Seg spesifikt Til RIIa – og RIIß-underenhetene av proteinkinasen og knytter dermed disse regulatoriske underenhetene og deres bundne katalytiske underenheter til spesifikke subcellulære steder, for eksempel postsynaptiske tettheter. Postsynaptiske tettheter er spesialiseringer i distale dendriter som apposerer presynaptiske nerveterminaler og antas å inneholde noen av nevrotransmitterreseptorene og andre proteiner som kreves for synaptisk overføring. På Denne måten holder AKAPs proteinkinasen i nærheten av kaskaden av signaltransduksjonsproteiner det fosforylerer for å regulere synaptisk overføring. Den viktige rollen som AKAPs spiller under fysiologiske forhold, indikeres av eksperimenter der syntetiske polypeptider som forstyrrer AKAP-RII-interaksjoner, har vist seg å forstyrre spesifikke fysiologiske effekter av PKA .
cGMP-avhengig proteinkinase (PKG) er en dimer av to identiske underenheter. Hver underenhet, Med En Mr på ~75 000, inneholder et regulatorisk domene som binder cGMP og et katalytisk domene . Som med det cAMP-avhengige enzymet aktiverer cGMP det inaktive holoenzymet ved å binde seg til molekylets regulatoriske domene; men i motsetning til det cAMP-avhengige enzymet, er aktivering av det cGMP-avhengige holoenzymet ikke ledsaget av dissosiasjon av underenhetene. PKG viser en mye mer begrenset celledistribusjon og substratspesifisitet enn PKA. Dette gjenspeiler det mindre antall andre messenger-handlinger av cGMP i reguleringen av cellefunksjonen.
Kalsium / kalmodulinavhengige proteinkinaser (CaM kinaser; CaMKs) er en av to hovedklasser av kalsiumavhengige kinaser i nervesystemet. Hjernen inneholder minst seks hovedtyper Av CaMK, hver med svært forskjellige egenskaper. CaMK II, som det cAMP-avhengige enzymet, utviser en bred celledistribusjon og substratspesifisitet og kan betraktes som en «multifunksjonell proteinkinase» ved at den sannsynligvis formidler mange Av de andre messenger-handlingene Til Ca2 + i mange typer nevroner . I analogi til PKG Inneholder CaMK II et regulatorisk domene som i hvilestatus binder seg til og hemmer et katalytisk domene; denne hemmingen lindres når Ca2 + / calmodulin bindes til det regulatoriske domenet. Flere isoformer av dette enzymet har blitt klonet, inkludert flere α og β underenheter på henholdsvis ~50 og 60 kDa. Enzymet eksisterer under fysiologiske forhold som store multimere komplekser av identiske eller distinkte isoformer.
CaMKs I og IV ser også ut til å spille viktige roller i å formidle mange Av de andre messenger-handlingene Til Ca2+ i nervesystemet, selv om deres presise substratspesifisitet forblir bare delvis kjent . Et interessant trekk Ved CaMK i OG IV er at begge ser ut til å bli aktivert ikke bare Ved Ca2+/calmodulinbinding, men også ved fosforylering av andre proteinkinaser, som har blitt kalt Henholdsvis CaMK i kinase og CaMK IV kinase . Disse CaMK-kinasene kan også være Ca2 + / calmodulinavhengige enzymer. CaMK IV kinase enzymet har blitt klonet. Interessant er denne kinasen selv fosforylert og hemmet AV PKA, og gir dermed en fremtredende mekanisme hvor cAMP og Ca2+ kaskader samhandler, som vil bli dekket i større detalj nedenfor.
de resterende tre typer CaMK er fosforylasekinase, myosin lettkjedekinase og CaMK III . Disse enzymene ser ut til å fosforylere færre substratproteiner, og i noen tilfeller bare en type, under fysiologiske forhold, og hver kan derfor formidle relativt færre handlinger Av Ca2+ i nervesystemet.
Proteinkinase C (PKC) omfatter den andre hovedklassen Av Ca2 + – avhengige proteinkinaser og aktiveres Av Ca2+ i forbindelse MED DAG og fosfatidylserin . Flere former FOR PKC har blitt klonet, og hjernen er kjent for å inneholde minst syv arter av enzymet. Variantformene AV PKC utviser forskjellige cellulære fordelinger i hjernen og forskjellige regulatoriske egenskaper. For eksempel varierer De i den relative evnen Til Ca2+ OG DAG for å aktivere dem: noen krever Både Ca2+ OG DAG, mens ANDRE kan aktiveres av DAG alene, tilsynelatende uten økning i cellulære ca2+ konsentrasjoner. Imidlertid viser disse enzymene lignende substratspesifikasjoner, og som et resultat blir de ofte betraktet som isoformer.
PKC eksisterer under fysiologiske forhold som enkeltpolypeptidkjeder på ca. 80 kDa. Hvert polypeptid inneholder et regulatorisk domene, som i hviletilstand binder seg til og hemmer et katalytisk domene. Denne hemmingen lindres når Ca2+ og / ELLER DAG binder seg til det regulatoriske domenet. PKC viser en bred substratspesifisitet og formidler mange andre messenger-funksjoner Av Ca2+ i målneuroner.
under basale forhold er PKC overveiende et cytoplasmatisk protein. Ved aktivering Av Ca2+ eller DAG, forbinder enzymet med plasmamembranen, stedet for mange av dets kjente fysiologiske substrater, inkludert reseptorer og ionkanaler. Faktisk har translokasjonen AV PKC fra cytoplasma til membranen lenge vært brukt som et eksperimentelt mål for enzymaktivering. Slike translokasjoner har ofte blitt analysert ved phorbol esterbinding; phorbolestere er tumorfremmende midler som selektivt binder seg til OG aktiverer PKC. Nylig har det molekylære grunnlaget for translokasjonen AV PKC fra cytoplasma til plasmamembranen blitt løst. Aktivert PKC, men ikke den inaktive formen av enzymet, binder seg med høy affinitet til en serie membranassosierte proteiner, kalt reseptorer for aktivert c-kinase (RACK) . RACKs fungerer dermed analogt Med AKAPs for PKA å lede eller rekruttere disse bredt uttrykte enzymer til subcellulære steder der deres aktivitet er nødvendig.
Ulike handlinger av ekstracellulære signaler medieres av andre messenger-avhengige proteinkinaser. Den intracellulære applikasjonen ved mikroinjeksjon eller transfeksjon AV PKA, Pkg, CaMK II eller Pkc til bestemte typer nevroner har vist seg å etterligne spesifikke fysiologiske responser (regulering av ionekanaler, nevrotransmitterfrigivelse og gentranskripsjon) til spesifikke første budbringere (nevrotransmittere eller nerveimpulser) for disse nevronene . Der spesifikke kinasehemmere er tilgjengelige, har deres anvendelse vist seg å blokkere nevrotransmitternes evne til å fremkalle disse responsene. Samlet sett viser disse funnene at aktivering av disse andre messenger-avhengige proteinkinasene er både et nødvendig og tilstrekkelig trinn i hendelsessekvensen der visse første budbringere produserer noen av deres fysiologiske effekter.
Transgene metoder har gitt ytterligere bevis for betydningen av andre messenger-avhengige proteinkinaser i reguleringen av hjernesignaltransduksjon. Det beste eksempelet til dags dato er gitt av mus som mangler underenheter Av CaMK II. Disse dyrene viser mangler i en form for synaptisk plastisitet, langsiktig potensiering, i hippocampus samt unormal romlig læring, en form for læring avhengig av hippocampal funksjon (se Også Kap. 50).
