中枢神経のCa^<2+>シグナル伝達におけるカルモデュリンキナーゼの役割

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10470484
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 山内 卓 徳島大学, 薬学部, 教授 (90041813)
• Keywords: カルモデュリン / カムキナーゼ / カムキナーゼ基質 / タンパク質リン酸 / シナプス後肥厚 / 神経分化 / 神経特異的遺伝子発現

Research Abstract

中枢神経におけるCa^<2+>シグナルは、非常に短期な伝達から、長期にわたるものまで様々であり、作用メカニズムも複雑である。一方、カルモデュリンキナーゼは中枢神経におけるCa^<2+>シグナル伝達に中心的な役割を果たしていると考えられている。特に、CaM kinase IIは現在知られているプロテインキナーゼの中で最も多量に存在する重要な酵素であり、中枢神経機能の制御を解明する上で極めて重要であると考えられる。本研究では、CaM kinase IIを中心として以下の研究を行なった。1.シナプス活動と可塑性の制御に関して、シナプス後肥厚(PSD)におけるCaM kinase IIの多くの基質タンパク質を解析した。すなわち、PSDタンパク質を二次元電気泳動により分離し、基質となるタンパク質をゲルから抽出しそれぞれのアミノ酸配列を決定し同定した。また、イムノブロット法によっても解析し、ほとんどの基質タンパク質を電気泳動のスポットとして同定した。2.神経突起成と細胞骨格機能調節を解析し、CaM kinase II過剰発現細胞では、神経突起形成にCaM kinase IIのCa^<2+>非依存性の活性が重要であることを明かにした。3.中枢神経系の細胞であるCAD細胞も神経分化にともない、CaM kinase IIが誘導され、スプライシングが変化することが明らかとなった。4.アイソフォームの発現様式により神経細胞が、成熟した中枢神経型、未熟な中枢神経型、未分化神経芽細胞型に分類されることが明らかとなった。5.αアイソフォーム遺伝子の転写調節領域の構造を明らかにし、ルシフェラーゼレポーターを構築しその発現を調べ、神経特異的遺伝子発現に関与する領域を決定した。6.同様に、βアイソフォーム遺伝子の転写調節領域の構造を明らかにし、神経特異的遺伝子発現に関与する領域を決定し、神経特異的結合タンパク質の存在を明らかにした。

Research Products

• [Publications] Mima, K., et al.: "Characterization of 5' flanking region of α isoform of rat Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II gene---"Neuosci. Lett.. 307. 117-121 (2001)
• [Publications] Donai, H., et al.: "Genomic organization and neuronal cell type specific promoter activity of β isoform of Ca2+/calmodulin-dependent---"Mol. Brain Res.. 94. 35-47 (2001)
• [Publications] Urushihara, M., et al.: "Role of β isoform-specific insertions of Ca2+/calmodulin-deendent protein kinase II."Eur. J. Biochem.. 268. 4802-4808 (2001)
• [Publications] Sogawa, Y., et al.: "Investigation of the Ca2+-independent form of Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II in neurite outgrowth."Brain Res Protocols. 8. 159-169 (2001)