カルモデュリン依存性蛋白質燐酸化酵素IIの構造と機能およびその生理作用

1991 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 01440023
• 研究種目: 一般研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 医化学一般
• 研究機関: 旭川医科大学
• 研究代表者: 藤澤 仁 旭川医科大学, 医学部, 教授 (10027039)
• 研究分担者: 木谷 隆子 旭川医科大学, 医学部, 教務職員 (70101417) ; 竹内 昌之 旭川医科大学, 医学部, 助手 (40226999) ; 石田 敦彦 旭川医科大学, 医学部, 助手 (90212886) ; 亀下 勇 旭川医科大学, 医学部, 助教授 (60127941) ; KATOH Tsuyoshi Asahikawa Medical College, Department of Biochemistry, Instructor (60194833) ; TOBIMATSU Takamasa Asahikawa Medical College, Department of Biochemistry, Instructor (30188768)
• 研究期間 (年度): 1989 – 1991
• キーワード: カルモデュリン / カルモデュリン依存性蛋白質燐酸化酵素 / 中枢神経 / カルシウムイオン / 自己燐酸化 / 多機能性蛋白質燐酸化酵素 / チロシン水酸化酵素 / 蛋白質燐酸化

研究概要

ラットの脳を用いてカルモデュリン依存性蛋白質燐酸化酵素II(キナ-ゼII)にα、β、γ、δの4種類のアイソフォ-ムがあることが明らかにし、各アイソフォ-ムのcDNA解析から得られたアミノ酸配列を比較し酵素のドメイン構造を明らかにした。それぞれのcDNAをプロ-ブとしてRNAブロットを行い、各アイソフォ-ムの組織分布を調べ、γ、δは中枢および末梢の各組織に普遍的に、α、βは脳に偏在していることを明らかにした。
キナ-ゼIIの自己燐酸化反応による自己活性制御機構を酵素反応速度論的に解析した。キナ-ゼIIはそのままの状態では最大活性の15%のカルシウム/カルモデュリン依存性活性しか持たない低活性型であるが、カルモデュリン存在下でカルシウムイオンに曝されると、速やかにN末端から286番目のアミノ酸であるスレオニン残基を自己燐酸化して最大活性を示す活性型に転換する。この活性型酵素はカルシウムイオン非依存性活性をも持っているが、カルシウム/カルモデュリン依存性活性に比べると基質蛋白質に対する親和性が低い(Vmaxは同じ)。
チロシン水酸化酵素は、キナ-ゼII、サイクリックAMP依存性蛋白質燐酸化酵素(Aキナ-ゼ)、プロテインキナ-ゼC(Cキナ-ゼ)の3つの代表的なセカンドメッセンジャ-応答性の多機能性蛋白質燐酸化酵素によって燐酸化される。チロシン水酸化酵素の燐酸化サイトと燐酸化量を活性変動との関連で解析し、活性調節機構を考察した。
脳に特異的に分布しているカルモデュリン依存性蛋白質燐酸化酵素IV(キナ-ゼIV)をラットの脳から精製し、その性質を調べ、キナ-ゼIIと同様に広い基質特異性をもつ多機能性蛋白質燐酸化酵素であることを明らかにした。キナ-ゼIVも自己燐酸化によって自分自身を活性化するが、Aキナ-ゼIIによって燐酸化されると逆に活性を失う。

研究成果

• [文献書誌] 木谷 隆子: "Purification and Characterization of Antizyme lnhibitor of Ornithine Decarboxylase from Rat Liver" Biochim.Biophys.Acta. 991. 44-49 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 中田 裕康: "5'ーNーEthylcarboxamide [^3H] Adenosine Binding Sites of Mouse Mastocytoma P815 Cell Membranes:Characterization and Solubilization" J.Biochem.105. 888-893 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 今井 嘉紀: "Modulation of Tryptophan Hydroxylase Activity by Phospholipids:Stimulation followed by lnactivation" J.Neurochem.53. 1293-1299 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 加藤 剛志: "カルモジュリン依存性プロティンキナ-ゼIIのタ-ゲットプロティン" 実験医学. 7. 1085-1090 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 奥野 幸子: "Regulation of Human Tyrosine Hydroxylase Activity:Effects of Cyclic AMPーdependent Protein Kinase,Calmodulinーdependent Protein Kinase II,and Polyanion" FEBS Lett.253. 52-54 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 飛松 孝正: "Tissue Specific Expression of Four Types of Rat Calmodulinーdependent Protein Kinase II mRNAs" J.Biol.Chem.264. 17907-17912 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 亀下 勇: "A Sensitive Method for Detection of Calmodulinーdependent Protein Kinase II Activity in Sodium Dodecyl SulfateーPolyacrylamide Gel" Anal.Biochem.183. 139-143 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 大森 行雄: "Intracellular Localization of Tyrosine Hydroxylase Immunoreactivity in the Rat Adrenal Chromaffin and Pheochromocytoma Cells" Acta Anatomica. 136. 1-8 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 大森 行雄: "TyrosineーHydroxylaseーImmunoreactive Nerve Fibers in the Separated Capsule of the Rat Adrenal Gland" Acta Anatomica. 136. 49-54 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 藤澤 仁: "Calmodulinーdependent Protein Kinase II" BioEssays. 12. 27-29 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 奥野 幸子: "カテコ-ルアミン生合成の調節" 蛋白質・核酸・酵素. 35. 630-637 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 寺田 和豊: "Maize Leaf Phosphoenolpyruvate Carboxylase:Phosphorylation of Serー15 with a Mammalian Cyclic AMPーdependent Protein Kinase Diminishes Sensitivity to lnhibition by Malate" FEBS Lett.259. 241-242 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 奥野 幸子: "Stabilization,Purification,and Crystallization of Catalytic Subunit of cAMPーdependent Protein Kinase from Bovine Heart" Biochim.Biophys.Acta. 1038. 204-208 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 藤澤 仁: "カルモデュリンによる蛋白質燐酸化反応" 病態生理. 9. 15-21 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 佐藤 広和: "Purification and Characterization of Calmodulinーdependent Protein Kinase II from Rat Spleen:A New Type of Calmodulinーdependent Protein Kinase II" J・Biochem.107. 802-809 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 蒔田 芳男: "Involvement of Activator Protein in the Activation of Tryptophan Hydroxylase by cAMPーdependent Protein Kinase" FEBS Lett.268. 185-188 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 鯉淵 典之: "Localization by Immunohistochemistry of Renal Ornithine Decarboxylase in the Mouse with and without Testosterone Treatment" Endocrinol.Japan.37. 555-561 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 加藤 剛志: "Calmodulinーdependent Protein Kinase II.Kinetic Studies on the Interaction with Substrates and Calmodulin" Biochim.Biophys.Acta. 1091. 205-212 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 加藤 剛志: "Autoactivation of Calmodulinーdependent Protein Kinase II by Autophosphorylation" J.Biol.Chem.266. 3039-3044 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 奥野 幸子: "Conversion of Tyrosine Hydroxylase to Stable and Inactive Form by the End Products" J.Neurochem.57. 53-60 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 池田 篤: "Studies on the Generation of Ca^<2+>/Calmodulinーindependent Activity of Calmodulinーdependent Protein Kinase II by Autophosphorylation ー Autothiophosphorylation of the Enzyme ー" J・Biol.Chem.266. 11582-11588 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 大森 行雄: "Immunoelectron Microscopic Study of Tyrosine Hydroxylase Immunoreactive Nerve Fibers and Ganglion Cells in the Rat Adrenal Gland" Anatomical Record. 229. 407-414 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 船越 洋: "Different Effects of Phosphorylation of Tyrosine Hydroxylase at Serine 40 by Three Multifunctional Protein Kinases on the Activity" J.Biol .Chem.266. 15614-15620 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 大森 行雄: "Exocytosis in Pheochromocytoma Cells after Exposure to a High Concentration of Potassium" Acta Anatomica. 140. 280-283 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 石田 敦彦: "「カルモジュリン依存性プロティンキナ-ゼII」" 実験医学. 9. 1479-1484 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 亀下 勇: "Phosphorylation and Functional Modification of Calmodulinーdependent Protein Kinase IV by cAMPーdependent protein kinase" Biochem.Biophys.Res.Commun.180. 191-196 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 宮野 修: "Purification and Characterization of a Brainーspecific Multifunctional Calmodulinーdependent Protein Kinase from Rat Cerebellum" J.Biol.Chem.267. 1198-1203 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 藤澤 仁: "多機能性カルモジュリン依存性タンパク質リン酸化酵素" 生化学. 64. 14-25 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 藤澤 仁: "Bioinformatics" Elsevier Science Publishers B.V., 8 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 佐藤 広和: "Bioinformatics" Elsevier Science Publishers B.V., 4 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 藤澤 仁: "International Symposium on Oxygenases and Oxygen Activation" Yamada Science Foundation, 4 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T. Kitani: "Purification and Characterization of Antizyme Inhibitor of Ornithine Decarboxylase form Rat Liver" Biochim. Biophys. Acta. 991. 44-49 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H. Nakata: "5'-N-Ethylcarboxamide [^3H] Adenosine Binding Sites of Mouse Mastocytoma P815 Cell Membranes : Characterization and Solubilization" J. Biochem.105. 888-893 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y. Imai: "Modulation of Tryptophan Hydroxylase Activity by Phospholipids : Stimulation followed by Inactivation" J. Neurochem.53-4. 1293-1299 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Katoh: "Target Proteins of Calmodulin-dependent Protein Kinase II" Jikken-Igaku. 7-9. 1085-1090 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S. Okuno: "Regulation of Human Tyrosine Hydroxylase Activity : Effects of Cyclic AMP-dependent Protein Kinase, Calmodulin-dependent Protein Kinase II, and Polyanion" FEBS Lett.253. 52-54 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Tobimatsu: "Tissue Specific Expression of Four Types of Rat Calmodulin-dependent Protein Kinase II mRNAs" J. Biol. Chem.264-30. 17907-17912 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] I. Kameshita: "A Sensitive Method for Detection of Calmodulin-dependent Protein Kinase II Activity in Sodium Dodecyl Sulfate-Polyacrylamide Gel" Anal. Biochem.183. 139-143 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y. Oomori: "Intracellular Localization of Tyrosine Hydroxylase Immunoreactivity in the Rat Adrenal Chromaffin and Pheochromocytoma Cells" Acta Anatomica. 136-1. 1-8 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y. Oomori: "Tyrosine-Hydroxylase-Immunoreactive Nerve Fibers in the Separated Capsule of the Rat Adrenal Gland" Acta Anatomica. 136-1. 49-54 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H. Fujisawa: "Calmodulin-dependent Protein Kinase II" BioEssays. 12-1. 27-29 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S. Okuno: "Regulation of Catecholamine Biosynthesis" Tanpakushitsu-Kakusan-Koso. 35-4. 630-637 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K. Terada: "Maize Leaf Phosphoenolpyruvate Carboxylase : Phosphorylation of Ser-15 with a Mammalian Cyclic AMP-dependent Protein Kinase Diminishes Sensitivity to Inhibition by Malate" FEBS Lett.259-2. 241-242 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S. Okuno: "Stabilization, Purification, and Crystallizatin of Catalytic Subunit of cAMP-dependent Protein Kinase from Bovine Heart" Biochim. Biophys. Acta. 1038. 204-208 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H. Fujisawa: "Protein Phosphorylation in Which Calmodulin Participates" Byotai-Seiri. 9-1. 15-21 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H. Sato: "Purification and Characterization of Calmodulin-dependent Protein Kinase II from Rat Spleen : A New Type of Calmodulin-dependent Protein Kinase II" J. Biochem.107. 802-809 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y. Makita: "Involvement of Activator Protein in the Activation of Tryptophan Hydroxylase by cAMP-dependent Protein Kinase" FEBS Lett.268-1. 185-188 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] N. Koibuchi: "Localization by Immunohistochemistry of Renal Ornithine Decarboxylase in the Mouse with and without Testosterone Treatment" Endocrinol. Japon.37-4. 555-561 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Katoh: "Calmodulin-dependent Protein Kinase II. Kinetic Studies on the Interaction with Substrates and Calmodulin" Biochim. Biophys. Acta. 1091. 205-212 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Katoh: "Autoactivation of Calmodulin-dependent Protein Kinase II by Autophosphorylation" J. Biol. Chem.266. 3039-3044 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S. Okuno: "Conversion of Tyrosine Hydroxylase to Stable and Inactive Form by the End Products" J. Neurochem.57-1. 53-60 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A. Ikeda: "Studies on the Generation of Ca^<2+>/ Calmodulin-dependent Activity of Calmodulindependent Protein Kinase II by Autophosphorylation - Autothiophosphorylation of the Enzyme -" J. Biol. Chem.266. 11582-11588 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y. Oomori: "Immunoelectron Microscopic Study of Tyrosine Hydroxylase Immunoreactive Nerve Fibers and Ganglion Cells in the Rat Adrenal Gland" Anatomical Record. 229-3. 407-414 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H. Funakoshi: "Different Effects of Phosphorylation of Tyrosine Hydroxylase at Serine 40 by Three Multifunctional Protein Kinases on the Activity" J. Biol. Chem.266. 15614-15620 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y. Oomori: "Exocytosis in Pheochromocytoma Cells after Exposure to a High Concentration of Potassium" Acta Anatomica. 140. 280-283 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A. Ishida: "Calmodulin-dependent Protein Kinase II" Jikken-Igaku. 9. 1479-1484 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] I. Kameshita: "Phosphorylation and Functional Modification of Calmodulin-dependent Protein Kinase IV by cAMP-dependent Protein Kinase" Biochem. Biophys. Res. Commun.180. 191-196 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] O. Miyano: "Purification and Characterization of a Brain-specific Multifunctional Calmodulindependent Protein Kinase from Rat Cerebellum" J. Biol. Chem.267. 1198-1203 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H. Fujisawa: "Multifunctional Calmodulin-dependent Protein Kinases" Seikagaku. 64-1. 14-25 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より