CAMK-ähnliche (CAMKL)-Familie

CAMK, auch als CaMK bezeichnet, ist eine Abkürzung für Enzyme der Klasse der Ca²⁺/Calmodulin-abhängigen Proteinkinasen. Es handelt sich um eine Serin/Threonin-spezifische Proteinkinase, die durch den Calcium/Calmodulin-Komplex reguliert wird. Dieses Keimbahnprotein zeigt nach Aktivierung einen Gedächtniseffekt. CAMK wird durch eine Erhöhung der intrazellulären Calcium-(Ca²⁺)-Konzentration und von Calmodulin aktiviert. Nach der Aktivierung übertragen diese Enzyme Phosphat von ATP auf Serin- oder Threoninreste in anderen Proteinen und sind damit Serin/Threonin-spezifische Proteinkinasen. Aktivierte CAMK ist an der Phosphorylierung von Transkriptionsfaktoren beteiligt und somit an der Regulation der Expression von Antwortgenen. CAMK kann zudem den Zellzyklus (d. h. den programmierten Zelltod), die Umorganisation des Zytoskelettnetzwerks sowie Mechanismen des Lernens und Gedächtnisses von Organismen regulieren.

Typen

Es gibt zwei Typen von Calmodulin-Kinasen:

Spezifische Calmodulin-Kinase: z. B. die Myosin-Leichtketten-Kinase, die Myosin phosphorylieren und eine Muskelkontraktion auslösen kann. Vielseitige Calmodulin-Kinase: Diese Proteine werden auch zusammenfassend als CalM-Kinase II bezeichnet und spielen eine wichtige Rolle in zahlreichen biologischen Reaktionen, z. B. bei der Sekretion von Neurotransmittern, der Regulation von Transkriptionsfaktoren und dem Glykogenstoffwechsel. Etwa 1 % bis 2 % des Proteins im Gehirn ist Calmodulin-Kinase II.

Struktur

Die Calmodulin-Kinase umfasst eine N-terminale katalytische Region, eine regulatorische Region und eine Verbindungsregion.

CAMK1

Die Calcium/Calmodulin-abhängige Proteinkinase Typ 1 ist ein Enzym, das beim Menschen durch das CAMK1-Gen kodiert wird. Die Calmodulin-abhängige Proteinkinase I wird in vielen Geweben exprimiert und ist Bestandteil der Calmodulin-abhängigen Proteinkinase-Kaskade. Calcium/Calmodulin aktiviert die Calcium/Calmodulin-abhängige Proteinkinase I direkt durch Bindung an das Enzym und fördert indirekt die Phosphorylierung sowie die synergistische Aktivierung der Calcium/Calmodulin-abhängigen Proteinkinase-I-Kinase.

Abbildung 1. Proteinstruktur von CAMK1.

CAMKII

Die Empfindlichkeit des CaMKII-Enzyms gegenüber Calcium und Calmodulin wird durch variable und selbstassoziierende Domänen gesteuert. Dieses Empfindlichkeitsniveau von CaMKII reguliert zudem unterschiedliche Aktivierungszustände des Enzyms. Zu Beginn wird das Enzym aktiviert; da jedoch nicht ausreichend Calcium oder Calmodulin vorhanden ist, um an eine benachbarte Untereinheit zu binden, kommt es nicht zur Autophosphorylierung. Mit der Akkumulation großer Mengen an Calcium und Calmodulin tritt eine Autophosphorylierung ein, was zu einer kurzfristigen, anhaltenden Aktivierung des CaMKII-Enzyms führt. Schließlich wird jedoch der Threonin-286-Rest dephosphoryliert, wodurch CaMKII inaktiviert wird.

Abbildung 2. Struktur der Kinase-Domäne von CaMKII.

CAMKIII

Die eukaryotische Elongationsfaktor-2-Kinase (eEF-2-Kinase oder eEF-2K), auch bekannt als Calmodulin-abhängige Proteinkinase III (CAMKIII) bzw. Calcium/Calmodulin-abhängige eukaryotische Elongationsfaktor-2-Kinase, ist ein menschliches Enzym und eine hochkonservierte Proteinkinase im calmodulinvermittelten Signalweg, die mehrere upstream-Signale mit der Regulation der Proteinsynthese verknüpft. Sie phosphoryliert den eukaryotischen Elongationsfaktor 2 (EEF2) und hemmt dadurch dessen Funktion. Die Aktivität dieser Kinase ist bei vielen Krebserkrankungen erhöht und könnte ein geeignetes Target für antitumorale Therapien darstellen. Zudem wird angenommen, dass eEF-2K über die Regulation der neuronalen Proteinsynthese zu den raschen antidepressiven Effekten von Ketamin beitragen könnte.

CAMKIV

Die Calcium/Calmodulin-abhängige Proteinkinase Typ IV ist ein Enzym, das im menschlichen Körper durch das CAMK4-Gen kodiert wird. Das Produkt dieses Gens gehört zur Familie der Serin/Threonin-Proteinkinasen und zum Subtyp der Ca²⁺/Calmodulin-abhängigen Proteinkinasen (CAMK). Dieses Enzym ist eine multifunktionale Serin/Threonin-Proteinkinase mit begrenzter Gewebeverteilung und ist an der transkriptionellen Regulation von Lymphozyten, Neuronen und männlichen Keimzellen beteiligt.

Referenz

1. Swulius MT; et al. Ca(2+)/calmodulin-dependent protein kinases. Cellular and Molecular Life Sciences. 2008, 65 (17): 2637–57.