Molecular mechanism of activation-triggered subunit exchange in Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II

钙调蛋白 蛋白质亚单位 细胞生物学 蛋白激酶A 磷酸化 生物物理学 化学 激酶 生物化学 生物 酶 基因
作者
Moitrayee Bhattacharyya,Margaret M. Stratton,Catherine C. Going,Ethan D. McSpadden,Yongjian Huang,Anna C. Susa,Anna V. Elleman,Yumeng Cao,Nishant Pappireddi,Pawel Burkhardt,Christine L. Gee,Tiago Barros,Howard Schulman,Evan R. Williams,John Kuriyan
出处
期刊:eLife [eLife Sciences Publications Ltd]
卷期号:5 被引量:113
标识
DOI:10.7554/elife.13405
摘要

Activation triggers the exchange of subunits in Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII), an oligomeric enzyme that is critical for learning, memory, and cardiac function. The mechanism by which subunit exchange occurs remains elusive. We show that the human CaMKII holoenzyme exists in dodecameric and tetradecameric forms, and that the calmodulin (CaM)-binding element of CaMKII can bind to the hub of the holoenzyme and destabilize it to release dimers. The structures of CaMKII from two distantly diverged organisms suggest that the CaM-binding element of activated CaMKII acts as a wedge by docking at intersubunit interfaces in the hub. This converts the hub into a spiral form that can release or gain CaMKII dimers. Our data reveal a three-way competition for the CaM-binding element, whereby phosphorylation biases it towards the hub interface, away from the kinase domain and calmodulin, thus unlocking the ability of activated CaMKII holoenzymes to exchange dimers with unactivated ones.

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