Calmoduline

Calmoduline
Calmoduline verandert van conformatie na binding met calcium (rechts). Bindingsplaatsen bij sterretjes.
Eigenschappen
Molecuulmassa
en lengte 		16.7 kDa
(148 aminozuren)
Identificatie
Symbool CaM
PDB-codes 1OSA
Externe identificaties
UniProt P62158
Portaal  Portaalicoon   Biologie

Calmoduline (CaM) (kort voor calcium modulated protein) is een multifunctioneel, calcium-bindend eiwit dat tot expressie komt in de cellen van vrijwel alle eukaryote levensvormen.[1] Calmoduline wordt geactiveerd door binding van Ca2+. Calcium is een belangrijke second messenger, die vrijkomt onder invloed van extracellulaire signaalmoleculen. Het is in staat interacties aan te gaan met verschillende andere eiwitten, zoals kinases, om zo een signaal binnen de cel door te geven.[2]

Calmodulin is een klein, sterk geconserveerd eiwit met een lengte van 148 aminozuren (16,7 kDa). Het eiwit bestaat uit twee symmetrische globulaire uiteinden, die elk een gepaard motief bevatten (het zogenaamde EF-handmotief), gescheiden door een flexibele linker.[3] In totaal zijn er vier bindingsplaatsen voor calciumionen. Wanneer calcium deze vier bindingsplaatsen bezet, zal calmoduline zijn actieve conformatie aannemen. De hydrofobe residuen komen bloot te liggen en zullen via hydrofobe interacties binden aan doeleiwitten.

Calmoduline speelt in dieren een belangrijke rol in vele cellulaire processen, zoals stofwisseling, apoptose, contractie van spiercellen, intracellulaire bewegingen, ontstekingsreacties en de immuunrespons.[4][5] Calcium is een centraal onderdeel binnen het intracellulair signaleringssysteem; het diffundeert snel door het cytosol als reactie op initiële stimuli. Veruit het belangrijkste calcium-bindende eiwit dat de signaaltransductie voortzet is calmoduline. Het vertegenwoordigt soms wel 1% van de totale eiwitmassa in de cel.

Structuur

Lintdiagram van calmoduline, met de α-helix en twee gebonden calciumionen in elk uiteinde

Calmoduline bestaat uit een sterk geconserveerde, enkele polypeptideketen met vier bindingsplaatsen voor Ca2+ (calciumionen).[6] Calmoduline is relatief klein en telt 148 aminozuren. De tertiaire structuur van het eiwit is te vergelijken met een handhalter: het heeft twee globulaire (bolvormige) uiteinden die gescheiden worden door een lange α-helix, een zogenaamde flexibele linker. Deze linker geeft het eiwit een enorme bewegingsvrijheid; het stelt het eiwit in staat om aan meer dan 300 verschillende doeleiwitten te binden, door de globulaire domeinen om een target-peptide heen te buigen.[7]

Wanneer Ca2+-ionen zich aan calmoduline binden, ondergaat het eiwit een conformatieverandering. Omdat er twee of vier calciumionen moeten binden voordat calmoduline zijn actieve conformatie aanneemt, is de respons van dit eiwit te beschrijven als een sigmoïdefunctie bij toenemende Ca2+-concentratie. Calmoduline kan zich op uiteenlopende manieren binden aan doeleiwitten. Meestal is de binding het gevolg van hydrofobe interacties, wat toelaat dat calmoduline niet beperkt is tot de herkenning van zeer specifieke aminozuursequenties.[8][9][10]

Fysiologische rol

In dieren

Calmoduline speelt een regulerende rol in verscheidene cellulaire processen, zoals stofwisseling, apoptose, contractie van het glad spierweefsel, intracellulaire bewegingsprocessen, ontstekingsreacties en de immuunrespons. Calmoduline wordt in veel celtypen tot expressie gebracht en is soms sterk gelokaliseerd, bijvoorbeeld in het cytoplasma, in organellen. Het kan zich ook associëren met het plasmamembraan. Calmoduline komt uitsluitend intracellulair voor. Hoewel er veel eiwitten zijn calcium kunnen binden en betrokken zijn in de calciumsignaaltransductie, is calmoduline door zijn veelzijdigheid veruit het belangrijkst. Extracellulaire stimuli kunnen een signaalroute in gang zetten waarbij Ca2+ vrijkomt, bijvoorbeeld uit het endoplasmatisch reticulum (een opslagplaats voor Ca2+). De gestegen Ca2+-niveaus leiden ertoe dat calmoduline geactiveerd wordt, om vervolgens de activiteit van andere eiwitten te reguleren. Om deze reden wordt calmoduline ook wel beschouwd als een calciumsensor.[6]

Zie ook

Referenties

  1. ↑ (en) Stevens, FC (1983). Calmodulin: an introduction. Canadian Journal of Biochemistry and Cell Biology 61 (8): 906–10. PMID: 6313166. DOI:10.1139/o83-115.
  2. ↑ (en) Chin, D, Means AR (2000). Calmodulin: a prototypical calcium sensor. Trends in Cell Biology 10 (8): 322–8. PMID: 10884684. DOI:10.1016/S0962-8924(00)01800-6.
  3. ↑ (en) Dutta S, Goodsell D., Calmodulin. pdb101.rcsb.org (2003). Geraadpleegd op 21 mei 2020. DOI:10.2210/rcsb_pdb/mom_2003_8.
  4. ↑ (en) Home Page for Calmodulin. structbio.vanderbilt.edu. Geraadpleegd op 21 mei 2020.
  5. ↑ (en) McDowall, J, Calmodulin. InterPro Protein Archive. Gearchiveerd op 13 mei 2020. Geraadpleegd op 21 mei 2020.
  6. ↑ a b (en) Chin D, Means AR (2000). Calmodulin: a prototypical calcium sensor. Trends in Cell Biology 10 (8): 322–8. PMID 10884684. DOI: 10.1016/s0962-8924(00)01800-6.
  7. ↑ (en) Yamniuk AP, Vogel HJ (2004). Calmodulin's flexibility allows for promiscuity in its interactions with target proteins and peptides. Molecular Biotechnology 27 (1): 33–57. PMID 15122046. DOI: 10.1385/MB:27:1:33.
  8. ↑ (en) Tidow H, Nissen P (2013). Structural diversity of calmodulin binding to its target sites. The FEBS Journal 280 (21): 5551–65. PMID 23601118. DOI: 10.1111/febs.12296.
  9. ↑ (en) (2008). A coupled equilibrium shift mechanism in calmodulin-mediated signal transduction. Structure 16 (5): 736–46. PMID 18462678. PMC 2428103. DOI: 10.1016/j.str.2008.02.017.
  10. ↑ (en) Ishida H, Vogel HJ (2006). Protein-peptide interaction studies demonstrate the versatility of calmodulin target protein binding. Protein and Peptide Letters 13 (5): 455–65. PMID 16800798. DOI: 10.2174/092986606776819600.

Literatuur

  • (en) Alberts, B. (2015). Molecular Biology of The Cell, 6th edition. Garland Science, New York, pp. 840-842. ISBN 978-0-8153-4464-3.
  • (en) Van Eldik V, Watterson D. (1998). Calmodulin and Signal Transduction. Academic Press. ISBN 978-0-08-092636-0.