신호전달과정의 연구는 calcium이 messenger로서 작용한다고 밝혀진 후로 식물에서 $Ca^{++}$ -messenger system에 대한 생화학적 및 분자생물학적 분야에서의 연구는 급속하게 발전하게 되었다. 식물세포에서 calcium 이온들의 많은 작용은 EF hand family로서 알려진 calcium binding protein에 의해서 조절된다. Calmodulin (CaM)은 highy conserve 되어 있으며, 4개의 calcium binding domain을 가진 ubiquitous한 단백질이다. 본 연구는 calmodulin 유전자의 발현에 미치는 calcium, EGTA, calcium ionophore 및 calmodulin antagonist의 영향과 또한 외부신호(light, wounding), chemical 및 auxin 등의 영향을 reporter화 유전자의 분석에 의해서 CaM유전자의 발현기작을 규명하고자 하였고, 또한 calmodulin 유전자의 organ-specific 발현 및 calmodulin의 새로운 생리적인 기능도 연구하고자 하였다.
A calmodulin-dihydrofolate reductase (DHFR) sandwich fusion protein was generated by insertion of calmodulin into the $\beta$-bulge region of DHFR to observe the effects of structurally constraining the calmodulin structure. The calcium binding properties of the sandwich protein were almost identical to calmodulin. Similar to calmodulin ($10.7 {\mu}M$), the sandwich protein bound four equivalents of calcium, with half saturation ($K_{0.5}$) observed at a [$Ca^{2+}$] of $8{\mu}M$. However, nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) kinase activation property of the sandwich protein was lower than that of calmodulin. The sandwich protein activated NAD kinase, but to only half of the level obtained with calmodulin. The K 0.5 for both calmodulin and the sandwich protein were approximately the same (1-2 nM). Methylation analyses of the sandwich protein show that insertion of calmodulin into DHFR results in a large decrease in methylation. The $V_{max}$ observed with the sandwich protein (95 nmole/min/ml) was only 22% of the value observed with calmodulin (436 nmol/min/ml) in the presence of calcium. Addition of trimethoprim to the reaction significantly inhibited the observed methylation rate. Overall, the data suggest that the insertion of calmodulin into the DHFR structure has little effect on calcium binding by the individual lobes of calmodulin, but may constrain the lobes in a manner that results in altered interaction with the calmodulin-dependent proteins, and severely perturbed the methyltransferase recognition site.
A binding protein of radio-labeled sanjoinine-A (fangufoline) in rat brain cytoplasm was investigated, using an equilibrium dialysis technique. The labeled agent was bound to the cytosol fraction with two distinctly different types of sets in calclum ion-dependent manner. The bound protein was identified as calmodulin by dgel filtration of the sanjoinine-A bound cytosol fraction on a Sephadex G-75 column. Calmodulin was bound to sanjoinine-A bound at two sets of binding sites in the calculated as two at high affinity sites $(Kd=1.1\;mu{M)}$ and four at low affinity sites $(Kd=3.1\;\mu{M)}$.
담배 배양 세포의 성장과정 중의 칼모듈린 농도변화 및 칼모듈린 결합 단백질의 종류에 대하여 조사하고 이들 단백질들 중 글루탐산 탈탄산효소를 immunodetection과 활성측정으로 확인하였다. 담배세포는 유도기(초기 $1{\sim}2$일간), 대수증식기($3{\sim}5$일), 정지기 등의 전형적인 성장 패턴을 보였다. 칼모듈린의 농도는 비록 대수증식기에 약간 감소하는 경향을 보이다 정지기에 이르면서 유도기의 수준을 회복하는 것으로 나타났지만 전체적으로는 성장단계에 관계없이 유사한 수준을 유지하는 것으로 나타났다. 주요 칼슘-의존형 칼모듈린 결합단백질은 56, 46, 36, 32-kDa의 4종류인 것으로 조사되었고, 모노클로날 항체를 이용하여 immunodetection을 실시해 본 결과 56-kDa 단백질이 담배 글루탐산 탈탄산효소로 확인되었다. 56-kDa의 글루탐산 탈탄산효소는 대수증식기에 수확한 세포에서 가장 많이 검출되었고, 이와같은 패턴은 효소활성 측정에서도 확인되었다. 이러한 결과들은 담배세포의 성장과정 중에 칼슘/칼모듈린-의존형 글루탐산 탈탄산효소 농도가 조절되고 있음을 제안해 주는 것이다.
Calmodulin: very large conformation change of helix uncoiling, hinge-bending and domain rotation. Calmodulin (CaM) is the principal Ca$\^$2+/ -dependent regulator of a variety of important eukaryotic cellular processes. In many of these processes, calmodulin activates a plethora of target enzymes, and the calmodulin-binding domains in several targets have been shown to residue in a region of about 18-residue peptide segment.(omitted)
Polycystic kidney disease 2-like-1 (PKD2L1), also known as polycystin-L or TRPP3, is a non-selective cation channel that regulates intracellular calcium concentration. Calmodulin (CaM) is a calcium binding protein, consisting of N-lobe and C-lobe with two calcium binding EF-hands in each lobe. In previous study, we confirmed that CaM is associated with desensitization of PKD2L1 and that CaM N-lobe and PKD2L1 EF-hand specifically are involved. However, the CaM-binding domain (CaMBD) and its inhibitory mechanism of PKD2L1 have not been identified. In order to identify CaM-binding anchor residue of PKD2L1, single mutants of putative CaMBD and EF-hand deletion mutants were generated. The current changes of the mutants were recorded with whole-cell patch clamp. The calmidazolium (CMZ), a calmodulin inhibitor, was used under different concentrations of intracellular. Among the mutants that showed similar or higher basal currents with that of the PKD2L1 wild type, L593A showed little change in current induced by CMZ. Co-expression of L593A with CaM attenuated the inhibitory effect of PKD2L1 by CaM. In the previous study it was inferred that CaM C-lobe inhibits channels by binding to PKD2L1 at 16 nM calcium concentration and CaM N-lobe at 100 nM. Based on the results at 16 nM calcium concentration condition, this study suggests that CaM C-lobe binds to Leu-593, which can be a CaM C-lobe anchor residue, to regulate channel activity. Taken together, our results provide a model for the regulation of PKD2L1 channel activity by CaM.
Kinesin Superfamily Protein 1A (KIF1A) is an anterograde monomeric motor transporting a subset of synaptic vesicle precursors and plays an important role in neuronal function and survival. Here, f have used the yeast two-hybrid system to identify the proteins that interacts with the tail region of KIF1A. Calmodulin was found to interact specifically with the tail region of KIF1A. Calmodulin regulates many diverse cellular functions by modulating the activity of the proteins that interact with it. KIF1A interacts with calmodulin in the yeast two-hybrid assay, which is proved by immunoprecipitation with calmodulin in brain fraction. These results indicate that KIF1A is associated with calmodulin, suggesting that calmodulin may be a key role in the regulation of anterograde transport of synaptic 1 vesicle precursors.
Calmodulin은 $Ca^{2+}$ 결합단백질로서 생체 내에서 $Ca^{2+}$ 의존적 기작을 통하여 다양한 생물학적 기능에 관여한다. 본 연구에서는 넙치 Paralichthys olivaceus의 cDNA library로부터 Calmodulin cDNA를 분리 동정하였다. 염기 서열 및 아미노산 서열을 분석한 결과, 넙치 Calmodulin cDNA는 782개의 nucleotides로 구성되어 있고, 4개의 잘 보존된 $Ca^{2+}$결합 motifs (EF-I, EF-II, EF-III, EF-IV)를 가지는 149개의 아미노산 잔기를 전사할 수 있는 open reading frame을 포함한다. 또한 번역된 아미노산 서열은 인간, 쥐, zebrafish, 개구리의 Calmodulin 아미노산 서열과 100% 동일성을 보이며 보라성게, 침팬지의 Calmodulin 아미노산 서열과 각각 97, 99%의 동일성을 보인다. 넙치 Calmodulin 전사체는 뇌와 장 조직에서 많은 양이 발현되었고, 신장, 아가미, 눈, 근육, 피부, 지느러미에서도 발현이 관찰되었다. 또한 넙치 Calmodulin 전사체는 수정 후 7일째의 발생 초기 단계 시료에서도 발현되어 수정 후 34일째까지 그 발현이 서서히 증가하였다. 이상의 결과들로부터 넙치 Calmodulin은 넙치의 발생 초기 단계에서 필요한 단백질로 생각되며 아마 항상성 유지에 중요한 역할을 할 것으로 예상된다.
$Ca^{2+}$/calmodulin transduction pathways have been implicated in mediating stress response and tolerance in plants. Here, three genes encoding calmodulin (Cam) members of the EF-hand family of $Ca^{2+}$-binding proteins were identified from Oryza sativa L. databases. Complementary DNA for each of the calmodulin genes, OsCam1, OsCam2, and OsCam3 were sequenced. OsCam1 and OsCam2 encode a conventional 148-amino acid calmodulin protein that contains four characteristic $Ca^{2+}$-binding motifs. OsCam3 encode a similar protein with a 38-amino-acid extension containing a putative prenylation site (CVIL) at the carboxyl terminus. RT-PCR showed that each of the genes is expressed in leaves and roots of 2-week old rice seedlings. By RNA gel blot analysis, OsCam1 mRNA levels strongly increased in response to NaCl, mannitol and wounding treatments. In contrast, OsCam2 mRNA levels were relatively unchanged under all conditions investigated. NaCl treatment and wounding also increased the OsCam3 mRNA level, but in a more transient manner. Our results indicate that although the expression of genes encoding different calmodulin isoforms is ubiquitous, they are differentially regulated by various stress signals. In addition, we have demonstrated that the calcium-channel blocker lanthanum chloride inhibited the induction of OsCam1 gene expression by both NaCl and mannitol treatments. These results suggest that osmotic stress induced expression of OsCam1 gene requires the $[Ca^{2+}]_{cyt}$ elevation that is known to occur in response to these stimuli.
세포막의 정보전달기전중 phosphoinositide system은 정보가 전달될때 phospholipase C 효소의 작용으로 phosphatidyl inositol bisphosphate로부터 inositol triphosphate($IP_3$)와 diacylglycerol이 생성되며 $IP_3$는 다시 $IP_3$kinase에 의해 inositol tetrakisphosphate($IP_4$)로 되어 이차전령 물로서 작용한다. 본 연구는 $IP_3$kinase효소가 $Ca^{2+}$와 calmodulin에 의해 활성화되는 성질을 이용하여 calmodulin을 정제하고 $IP_3$kinase효소와의 친화도를 비교 관찰하였다. Calmodulin정제는 phenyl-Sepharose resin을 이용하여 column chromatography를 시행하여 정제확인하였으며 분자량이 17,000임을 SDS-polyacrylamide gel 전기영동으로 확인하였다. 정제된 calmodulin을 affigel column에 결합시킨 gel에 소의 뇌로부터 분리한 $IP_3$kinase효소가 담긴 시료를 calmodulin-affigel column에 적용하여 결합 및 유출정도를 비교하였으며 $Ca^{2+}$이 든 buffer에서 친화도가 가장 컸으며 유출은 EGTA용액에서 일부 유출되었으며 calmodulin/$Ca^{2+}$이 든 buffer에선 강한 유출정도를 관찰하였다. 그러나 calmodulin/$Ca^{2+}$는 $IP_3$kinase효소의 활성을 증가시키며 calmodulin이 단백질이어서 정제면에서 효소와의 분리가 쉽지않아 여러 다른 detergent를 적용하였으나 0.2% chaps buffer에서 집중된 유출을 관찰하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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