칼슘/calmodulin-의존적 단백질 인산화 효소 II의 동물세포 주기에 따른 활성도 변화에 관한 연구

Cell Cycle-Dependent Activity Change of Calcium/Calmodulin-Dependent Protein Kinase II

칼슘/calmodulin-의존적 단백질 인산화 효소 II (CaMK-II)는 세포의 여러 기능을 조절하는 다양한 단백질들을 인산화시키는 효소이다. 세포 내부의 칼슘의 농도는 세포의 주기에 따라 변하므로 CaMK-II의 활성도 역시 세포주기에 따라 변하는 지를 조사함으로 세포주기에서의 CaMK-II의 역할을 알아보려 하였다. NIH3T3 세포를 CaMK-II의 활성도에는 전혀 영향을 주지 않는 여러 가지 약제로 처리하여 세포주기상의 특정한 시점에 동일하게 정지시킨 후, 세포내의 CaMK-II 활성도를 합성 펩타이드기질을 이용하여 측정하였다. 또한 일정 시점으로부터 동조화된 세포내의 CaMK-II의 활성도의 변화를 측정하여 한 세포주기 동안 효소의 활성도 변화의 양상을 조사하였다. 세포주기상 각각 G0, G1, G1/S, G2/M기에 정지된 세포내의 CaMK-II 총활성도는 대조군과 차이가 없었으나 M기에서는 낮았다. 그러나 자가인산화에 의한 CaMK-II의 칼슘-비의존성 활성도는 M기에서 가장 높았다. 이러한 양상은 G1기에서부터 동조화된 세포내 CaMK-II의 칼슘-비의존성 활성도 변화 양상과도 일치하였다. CaMK-II의 생리학적 의미를 지닌 활성도는 인산화에 의한 calcium-비의존성 활성도임을 비추어 볼 때 M기에서 CaMK-II가 세포분열의 과정에서 중요한 기능을 하고 있음을 보여주고 있다.

Calcium/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMK-II) is responsible for the phosphorylation of proteins involved in various cellular functions. Since the level of intracellular calcium ($Ca_2+$) oscillate during the cell cycle, it is expected that the activity of CaMK-II is also dependent on the cell cycle. The kinase activity in NIH3T3 cells which were arrested at or released from certain phase of the cell cycle was measured and compared to that in the normally growing asynchronous control cells to investigate whether the activity of this kinase is cell cycle-dependent. Cells were arrested at G0, G1, G1/S, G2/M and M phase, respectively by use of various drugs which do not have any effect on the kinase activity of CaMK-II at G0, G1, G1/s and G2/M phase was similar to that of the control cells, whereas lower at M. Calcium-independent activity of CaMK_II by autophosphorylation was higher at M and, thus, higher autonomy at M, which represented the physiologically relevant activity of CaMK-II. A similar pattern of activity change of the kinase was demonstrated during the cell cycle of synchronized cells which were released from G1 arrest. These results indicate that the activity of CaMK-11 is cell cycle-dependent and is activity during the mitosis.