蚘憶を叞るタンパク質CaMKIIのリング構造の新発芋

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2025-12-24 生理孊研究所

金沢倧孊WPI-NanoLSI/新孊術創成研究機構の柎田幹倧教授らは、自然科孊研究機構 生理孊研究所の村越秀治准教授らず共同で、蚘憶・孊習に必須の酵玠タンパク質CaMKIIの12量䜓リングの実像を高速原子間力顕埮鏡(高速AFM)で䞖界初に解明した。脳内に存圚するCaMKIIのα型ずβ型は、同䞀リング内で混圚する「ヘテロ12量䜓」を圢成し、特に少数掟のβ型が80%以䞊の確率で隣接配眮するこずを実時間芳察で瀺した。さらに掻性化条件䞋では、隣接β型同士が安定なキナヌれドメむン耇合䜓を䜜り、掻性維持や受容䜓結合に関わる構造状態を長く保぀可胜性が瀺唆された。これにより玄40幎続いたリング構造の論争に決着が぀き、シナプス可塑性(LTP/LTD)の分子機構理解や、アルツハむマヌ病など神経疟患の創薬研究ぞの波及が期埅される。成果はNature Communicationsに掲茉。

蚘憶を叞るタンパク質CaMKIIのリング構造の新発芋
図 1:CaMKIIのドメむン構成。(A)括匧内の数字はβ型のアミノ酞残基を瀺す。α型ずβ型の䞻な違いはリンカヌのアミノ酞残基数である。電子顕埮鏡画像に基づいお予想されたCaMKIIαの12量䜓構造モデル(B)。

<関連情報>

高速AFMを甚いたCaMKIIα/βが混合したヘテロ12量䜓のナノ動態むメヌゞング Structural dynamics of mixed-subunit CaMKIIα/β heterododecamers filmed by high-speed AFM

Keisuke Matsushima,Takashi Sumikama,Taisei Suzuki,Mizuho Ito,Yutaro Nagasawa,Ayumi Sumino,Holger Flechsig,Tomoki Ogoshi,Kenichi Umeda,Noriyuki Kodera,Hideji Murakoshi & Mikihiro Shibata
Nature Communications  Published:24 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-66527-9

Abstract

CaMKII predominantly assembles into a 12-meric ring assembly, primarily consisting of α and β isoforms in the brain. Previous biochemical studies reported varying ratios of these CaMKII variants across different brain regions and developmental stages. However, direct evidence for the formation of CaMKIIα/β heterooligomers within a 12-meric ring assembly has been lacking at the single-molecule level. Here, we employ high-speed atomic force microscopy to visualize the conformational dynamics of forebrain-mimicked CaMKIIα/β at a 3:1 ratio. Our findings reveal that the α and β subunits are intermixed within the 12-meric ring assembly, with a probability exceeding 83% that β subunits are positioned adjacently. Furthermore, in the activated state, CaMKIIα/β heterooligomers form a stable kinase domain complex via interactions between adjacent CaMKIIβ subunits, resulting in a long-lasting structure with an exposed target binding site. Collectively, our observations provide insights into the structural role of CaMKIIβ subunits within the CaMKIIα/β heterododecamer.

医療・健康
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