Calmodulin

CalmodulinとCa2+およびNOSとの相互作用

CaMは、ca2+結合タンパク質(分子量17kDa)であり、中央のリンカー領域によって連結された2つの類似した球状の葉からなる。 各ローブは、N末端ヘリックス（E helix）、中央に位置するCa2+調整ループ、およびC末端ヘリックス（F helix）（CaMのドメインは、一般的にN末端からC末端まで1-4とラベ Ca2+結合時に、CaMは30以上の標的酵素に結合し、活性化することができ、多数の第二メッセンジャーおよび細胞機能を調節することを可能にする。 CaMによる標的タンパク質の結合および完全活性化は、典型的には、CaM中のすべての四つのCa2+結合部位の占有を必要とする。 カルボキシ末端葉は二つの高親和性Ca2+結合部位を含み、アミノ末端葉はより低いCa2+親和性を有する二つの部位を含む。 それはCa2+を結合した後、CaMで立体配座の変化が発生します: 疎水性表面残基は、標的ペプチド認識部位の疎水性面との重要なファンデルワールス相互作用を形成するために露出するようになる。

CaMは各NOSサブユニットに1:1の化学量論で適度に高い親和性で結合する。 ＮＯＳＣＡＭ認識配列に対応するペプチドとの結合親和性研究は，三つのＮｏｓがサイトカイン誘導性ＮＯＳ（ｉｎｏｓ）＋神経ｎｏｓ（ｎｎｏｓ）＋内皮ｎｏｓ（ｅｎｏｓ）である一般的な順序でＣａｍに対して異なる親和性を示すことを示した。 INOSペプチドはCa2+の存在下および非存在下の両方でCaMによく結合するが、eNOSおよびnNOSペプチドはCa2+の存在下でのみCaMに結合する。

CaMの各葉は独立してNOSに結合し、NOSに対して異なる親和性を示します。CaM–nNOS相互作用は、CaM変異体と植物CaMタンパク質を用いて調べられています。 nNOSは、ヘム還元とNO合成の活性化に関するCaMドメイン1、3、およびおそらく4に向かって構造特異性の高度を表示します。 CaM-nNOS相互作用は電子移動のために特に重要であり、CaMのラッチ領域（CaMドメイン1と3によって形成される）とドメイン4のメチオニン残基を含む。 CaMのこれらの領域は、その標準的なCaM結合配列とは異なるNNO上の未知の領域と相互作用するように見える。 中心リンカーの電荷と長さは，中心リンカーにおける静電相互作用とＣａｍの球状ドメインにおける疎水性相互作用を介してｉｎｏｓの結合と活性化に影響することが分かった。 Nos結合CaMからのca2+解離は、二つの連続ステップで発生します：n末端ローブからの急速なCa2+解離が最初に発生し、NOSからのCaMの解離につながるC末端ローブからの遅いCa2+解離に続いて、NO合成の不活性化に対応しています。 Ｎｏｓｃａｍ結合ペプチドがＣａｍに結合すると，立体配座変化が起こる。 典型的には、ペプチドは、Ｃａ２＋結合Ｃａｍとの相互作用時にα−ヘリカル立体配座を獲得する。 Ｎｏｓレダクターゼドメインのｃａｍ誘導立体配座変化は，蛋白質およびフラビン蛍光の変化およびトリプシン蛋白質分解パターンの変化によって示されるようにも起こる。

eNOS CaM認識配列に対応する20残基ペプチドに結合したCa2+負荷CaMの結晶構造が利用可能である。 この構造から，α-ヘリカルenｏｓペプチドは，広範な疎水性相互作用を介して反平行配向でＣａｍに結合することが明らかになった。 ラッチ領域およびドメイン4の特定のCaM残基は、突然変異誘発研究によって決定されるように、その重要性と一致する方法で配置された。 結晶構造はまた、iNOSにおけるより緊密なCaM結合の基礎を示唆した: ｉｎｏｓは対応するＣａｍ認識配列内に多くの疎水性残基を含むので，これらはＣａｍとのより広範なファン-デル-ワールス接触をサポートし，ｃａｍとｉｎｏｓ Ｃａｍ認識配列との間のより緊密な関連を支持するために疎水性残基の好ましくない溶媒曝露を最小限に抑えることができると主張した。

Ca2+/CaMとヒトiNOSのFMNドメインとの間の複合体の結晶構造も利用可能である。 複合体の構造に四つの異なる立体配座を同定し，ＣａｍとＦＭＮドメイン–ドメイン相互作用の柔軟な性質を示した。 ＣａｍとＦＭＮドメインの間に形成された塩架橋は構造において明らかであり，Ｎｏｓ機能に対するＣａｍ結合の効果を形質導入するために重要であると考えられた。