神経細胞カルシウムセンサー-1のCa2+ -ミリストイルスイッチ：C末端セグメントの役割

Ca2+ -myristoyl switch in neuronal calcium sensor-1: a role of C-terminal segment.

• Viktoriia E Baksheeva
• Aliya A Nazipova
• Dmitry V Zinchenko
• Marina V Serebryakova
• Ivan I Senin
• Sergei E Permyakov
• Pavel P Philippov
• Yi Li
• Andrey A Zamyatnin
• Evgeni Y Zernii
• Gjumrakch Aliev

抄録

NCS1（ニューロンカルシウムセンサー-1）は、ドパミンD2受容体と関連するGprotein coupled receptor kinase (GRK)-2のCa(2+)依存的な制御を介して、シナプス可塑性と神経伝達に関与するNCSタンパク質ファミリーのCa(2+)-ミリストイルスイッチタンパク質であり、シナプス末端での過剰発現は、膜結合タンパク質の蓄積と神経障害に関連する冗長な制御活性をもたらします。NCS1のシナプス末端における過剰発現は、膜結合タンパク質の蓄積とその冗長な制御活性をもたらし、神経障害と関連している。ここで、我々はウシ光受容体が単離された光受容体膜と部分的に不可逆的な相互作用が可能であり、in vitroでのCa(2+)依存性の結合とGRK1の制御に関与するNCS1を含んでいることを実証した。NCS1-recoverinのC末端キメラ構築物（NR）を用いて、NCS1のCa(2+)-myristoylスイッチは、NCSファミリー内で可変であるタンパク質の第4のEFループ下流のそのC末端セグメントによって影響を受けることがわかった。NRは構造安定性とCa(2+)に対する感受性を保持しているが、Ca(2+)に依存した完全に可逆的な方法で、より低い親和性で光受容体膜と相互作用し、変化したGRK1の変調を示す。これらのデータは、NCS1のC末端セグメントがCa(2+)フリー条件下でのミリストイル基の再取り込みを制御し、タンパク質の標的結合ポケットの組織化に関与していることを示唆している。また、NCS1のC末端セグメントを標的にすることで、中枢神経系の機能障害に伴う神経細胞の過剰な膜蓄積やタンパク質の異常な活性を選択的に抑制することが可能であることが示唆された。

NCS1 (neuronal calcium sensor-1) is a Ca(2+)-myristoyl switch protein of the NCS protein family involved in synaptic plasticity and neurotransmission via Ca(2+)-dependent regulation of dopamine D2 receptor and associated Gprotein coupled receptor kinase (GRK)-2. Overexpression of NCS1 in synaptic terminals results in accumulation of membrane-bound protein and its redundant regulatory activity associated with neurological disorders. Here, we have demonstrated that bovine photoreceptors contain NCS1 that is capable of a partially irreversible interaction with isolated photoreceptor membranes and implicated in Ca(2+)-dependent binding and regulation of GRK1 in vitro. Using NCS1- recoverin C-terminal chimeric construct (NR), it was found that the Ca(2+)-myristoyl switch of NCS1 is affected by its C-terminal segment downstream the fourth EF-loop of the protein, which is variable within the NCS family. NR retains structural stability and sensitivity to Ca(2+), but interacts with photoreceptor membranes with lower affinity in a Ca(2+)- dependent fully reversible manner and displays altered GRK1 modulation. These data combined with fluorescent probing of surface hydrophobicity of NCS1, NR and recoverin suggest that the C-terminal segment of NCS1 regulates reuptake of myristoyl group under Ca(2+)-free conditions and participates in organization of the target-binding pocket of the protein. We point out a putative role of NCS1 in photoreceptors as a modulator of GRK activity and propose targeting of the C-terminal segment of NCS1 as an appropriate way for selective suppression of excessive membrane accumulation and aberrant activity of the protein in neurons associated with central nervous system dysfunctions.