L type calcium channel regulation of PKA phosphorylation via calmodulin

• Project/Area Number: 19K16493
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 48020:Physiology-related
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: 高 青華 鹿児島大学, 医歯学総合研究科, 特任研究員 (60813524)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
• Keywords: カルモジュリン / PKA / CaMKⅡ / Cav1.2型チャネル / Ｌ型Caチャネル / PKAリン酸化

Outline of Research at the Start

１．PKAリン酸化がCT3のCT1を介するチャネル調節に与える効果とその分子機構を解明する。
２．PKAリン酸化がCDFとCDIの時のCaチャネル活性とそのCaM濃度依存性に与える影響を明らかにする。そして、PKAリン酸化がCaMのCT1への結合に与える影響のCa濃度依存性を明らかにする。さらに、Caチャネル活性を調節するPKAリン酸化責任部位を同定する。

Outline of Annual Research Achievements

Cav1.2型Caチャネルの活性調節には、カルモジュリン（Calmodulin, CaM）によるCa2+依存性促通（CDF）とCa2+依存性不活性化（CDI）の二重調節作用がある。PKAはβアドレナリン受容体などの刺激によって、活性化されて、Cav1.2型チャネルをリン酸化して、チャネルの開口確率を増加させる。本研究はPKAによるチャネルαサブユニット近位C末部（つまりCT1領域）のリン酸化について検討することである。モルモット心筋細胞にパッチクランプinside-out記録をして、電気生理学的実験によりPKAリン酸化がCaMのCT1への結合に与える影響が判明した。2020年度には、低Ca2+濃度でCT1BのCaチャネル活性への促進作用には濃度依存性があることが判明した。さらに、低Ca2+濃度でCT1BのCaチャネル活性への維持作用の濃度依存性が判明した。
一方、細胞内Ca2+濃度が増加すると、Ca2+はCaMと結合して、CaMKⅡは、Ca2+/CaMと結合することによって活性化される。CaMKⅡは心肥大から心不全への非代償性変化に至る心不全の因子であり、Caチャネルの機能異常をよく引き起こす。我々は心肥大動物モデルを使って、PKAとCaMKⅡの関連についても検討していた。
以上の結果は、一部分は論文を作って発表した。他の結果は投稿する予定である。本研究により生理的および病態におけるCaチャネルの調節が深く理解される。

Research Products

• [Journal Article] Sustained increased CaMKII phosphorylation is involved in the impaired regression of isoproterenol-induced cardiac hypertrophy in rats (2020)
  • Author(s): Li Jingyuan、Gao Qinghua、Wang Siqi、Kang Ze、Li Zhuo、Lei Shuai、Sun Xuefei、Zhao Meimi、Chen Xiye、Jiao Guangyu、Hu Huiyuan、Hao Liying
  • Journal Title: Journal of Pharmacological Sciences Volume: 144 Issue: 1 Pages: 30-42
  • DOI: 10.1016/j.jphs.2020.07.001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The LQT-associated calmodulin mutant E141G induces disturbed Ca2+-dependent binding and a vibration-like gating mode of the CaV1.2 channel. (2020)
  • Author(s): Su J, Gao Q, Yu L, Sun X, Feng R, Shao D, Yuan Y, Zhu Z, Sun X, Kameyama M, Hao L.
  • Journal Title: Am J Physiol Cell Physiol. Volume: 318（5） Issue: 5 Pages: C991-C1004
  • DOI: 10.1152/ajpcell.00019.2020
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research