Структурная динамика CaMKII: молекулярный механизм памяти и обучения

Исследователи из Университета Канадзавы с помощью высокоскоростной атомно-силовой микроскопии (HS-AFM) впервые визуализировали структурные и химические изменения в ферменте Ca²⁺/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII), играющем ключевую роль в синаптической пластичности — основе памяти и обучения.

Роль CaMKII

• CaMKII регулирует силу синаптических связей между нейронами.
• Предполагается, что его устойчивая активность после диссоциации Ca²⁺/calmodulin является формой молекулярной памяти.

Метод и объекты исследования

• Метод: HS-AFM, позволяющая записывать видео изменений белковых структур.
• Объекты: CaMKII трёх видов — крысы (млекопитающее), круглого червя C. elegans и гидры.

Ключевые наблюдения

1. Подвижность киназного домена:

   • Высокая подвижность снижается при связывании с Ca²⁺/calmodulin (стабилизация в α-спираль).
   • Связывание вызывает удлинение белка на 3 нм от хаба, что, вероятно, высвобождает регуляторный сегмент.
   • Подвижность снова возрастает после фосфорилирования (добавление PO₃).

2. Видовые различия:

   • Олигомеризация киназных доменов наблюдалась только у белка крысы.
   • Белок крысы также был более устойчив к действию фосфатазы (фермент, удаляющий PO₄).

Вывод: полученные данные дают основу для более глубокого понимания молекулярных механизмов активации CaMKIIα.