CAMK2ALFA LOCALIZZA I PROTEASOMI NEI DENDRITI
La plasticità delle sinapsi richiede la degradazione proteica da parte dei proteasomi, che si spostano dall’area delle strutture principali dei dendriti alle loro spine e sono attivati dall’eccitazione sinaptica. Sheng e colleghi del Picower Institute for Learning and Memory, Department of Brain and Cognitive Sciences and Biology, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, hanno studiato i meccanismi molecolari della redistribuzione dei proteasomi[1], scoprendo un nuovo ruolo di carattere strutturale per CAMK2α: la chinasi agisce presso le sinapsi come una struttura per il reclutamento dei proteasomi (Bingol B. et al. Autophosphorylated CaMKIIα acts as a scaffold to recruit proteasomes to dendritic spines. Cell 140 (4), 567-578, 2010).
CAMK2α (Ca2+-calmodulin-dependent protein kinase 2α o CAMKIIα) e CAMK2β sono espresse nei neuroni e la loro attività chinasica contribuisce alla plasticità sinaptica; per effetto dell’attivazione neuronica, entrambe le isoforme si spostano verso le spine. L’autofosforilazione di CAMK2α rinforza il suo legame ai proteasomi e ne promuove il reclutamento presso le strutture dendritiche recettive. L’abbondanza di CAMK2α in corrispondenza delle sinapsi ha suggerito che possa avere anche un ruolo di natura strutturale, soprattutto dopo la dimostrazione che CAMK2β media la riorganizzazione dell’actina nel citoscheletro.
Mediante esperimenti di co-precipitazione seguiti da spettrometria di massa, i ricercatori hanno identificato CAMK2α come proteina cerebrale associata ai proteasomi e, dopo aver rilevato in colture di neuroni ippocampali di ratto che la chinasi e i proteasomi si colocalizzano, hanno accertato mediante una metodica di visualizzazione (time lapse imaging) che l’iperespressione di CAMK2α accresceva il reclutamento NMDA-dipendente dei proteasomi presso le spine dendritiche.
Per ottenere riprova di questo esito, i ricercatori hanno allestito esperimenti volti a verificare l’azione della chinasi mediante 1) downregulation dell’espressione di CAMK2α ottenuta per interferenza-RNA e 2) impiego di forme mutanti di CAMK2α deficitarie nella traslocazione dipendente dall’attività. In entrambi i casi non si è avuto l’accumulo di proteasomi presso le spine, suggerendo un ruolo critico della chinasi nella redistribuzione di queste macchine molecolari in rapporto alle esigenze funzionali contingenti.
Per studiare meglio il ruolo della chinasi, i ricercatori hanno messo a punto un ingegnoso sistema in cui la rapamicina era impiegata per indurre il legame di CAMK2α alla proteina della densità post-sinaptica 95 (PSD 95)[2], rendendo indipendente dalla stimolazione neuronica e dall’attività chinasica la traslocazione alla densità post-sinaptica di CAMK2α. In tal modo hanno dimostrato che la traslocazione di CAMK2α era sufficiente a determinare l’addensarsi dei proteasomi nelle spine dendritiche.
Il prosieguo degli esperimenti ha poi mostrato che le forme mutate di CAMK2α incapaci di traslocazione non interessavano l’ubiquitinazione post-sinaptica[3], ma alteravano la degradazione proteica dipendente dall’attività, suggerendo che la traslocazione di CAMK2α è richiesta per la degradazione delle proteine ubiquitinate in risposta alla stimolazione sinaptica.
Oltre al ruolo strutturale, si è visto che CAMK2α stimola l’attività dei proteasomi fosforilandone la subunità Rpt6 in corrispondenza della Serina 120.
In conclusione, la sperimentazione condotta da Sheng e collaboratori fornisce prove sperimentali che CAMK2α, accanto alla ben nota funzione di chinasi dipendente dall’attività nella plasticità sinaptica, svolge un ruolo strutturale nel determinare la localizzazione dei proteasomi nelle specifiche aree delle spine dendritiche in cui sono richiesti per il rimodellamento proteico necessario agli adattamenti plastici.
L’autrice
della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della
bozza e invita alla lettura degli scritti di argomento connesso che compaiono
su questo sito.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
[1] Il proteasoma, complesso multi-proteico con il compito di
degradare i peptidi all’interno della cellula, si distingue dal lisosoma perché
a differenza di questo non è un organulo cellulare provvisto di membrana e la
sua attività litica non scompone in singoli aminoacidi come fanno gli enzimi
lisosomiali, ma produce peptidi di 6-10 aminoacidi. Nel proteasoma si
riconoscono tre parti comunemente dette bocca
(subunità α), apparato digerente
(subunità β) e tappo.
[2] PSD95/SAP90 appartiene alla superfamiglia di proeine MAGUK
che sono caratterizzate dalla presenza di domini PDZ, un dominio SH3 e un
dominio guanilato-ciclasi like (GK);
i suoi ruoli principali sono funzione dell’attività dei recettori NMDA (accoppiamento
dei recettori a proteine di segnalazione, ancoraggio dei recettori al
citoscheletro post-sinaptico, targeting
sinaptico, ecc.).
[3] Ricordiamo che il processo di ubiquitinazione marca le
proteine per la degradazione. L’ubiquitina è un peptide di 76 aminoacidi
attivato dall’enzima E1 (attivatore), successivamente trasferito all’enzima E2
(coniugatore) dal quale passa direttamente alla proteina bersaglio o all’enzima
E3 (ligasi).