1. Les CaMKII s'assemblent en une structure dodécamérique (12 sous-unités) et regroupent pas moins de 28 isoformes, les α et βprévalent dans le cerveau.
Dans l'holoenzyme, les domaines catalytiques N-terminaux sont dirigés vers l'extérieur, ce qui leur permet de phosphoryler des résidus entre les sous-unités.
Structure de la CaMKII
(Figure : vetopsy.fr d'après Chao et Stratton)
un domaine d'association.
Domaine catalytique
Le domaine catalytique a plusieurs sites de liaison pour l'ATP et d'autres protéines d'ancrage du substrat.
Il est responsable du transfert du phosphate de l'ATP vers les résidus Ser ou Thr dans les substrats.
Domaine auto- inhibiteur
1. Le domaine auto-inhibiteur (ou régulateur) est classiquement divisé en 3 régions (R1, R2 et R3).
Il se lie au domaine catalytique et bloque sa capacité à phosphoryler les protéines.
Il est déplacé par la liaison du module Ca++/calmoduline.
2. La caractéristique structurelle qui régit cette auto-inhibition est le résidu T286 chez la souris à la base d'une hélice α formée par le segment régulateur.
Cette hélice α bloque la liaison du substrat dans la structure auto-inhibée en occupant un sillon hydrophobe sur le domaine kinase.
Sa phosphorylation se produit en trans, entre deux sous-unités de la kinase de la même holoenzyme active et active de de manière permanente CaMKII.
Les deux autres sites phosphorylables sont la T305 et T306 du domaine R3 qui se trouve au centre du site de liaison à la CaM.
Domaine variable
Le domaine variable, lien flexible entre les domaine précédant et suivant, porte bien son nom et dépend des différentes isoformes de CaMKII.
Domaines d'auto-association
Phosphorylation de T286
(Figure : vetopsy.fr d'après Chao et Straton)
1. En l'absence de Ca++, l'accès du substrat au site de liaison du domaine catalytique est bloqué par le domaine auto-inhibiteur de la CaMKII.
2. Lors de l'afflux de Ca++, la liaison de Ca++ à la calmoduline conduit au complexe Ca++/CaM qui se lie à deux sous-unités voisines et conduit à l'autophosphorylation de T286.
Configurations de CaMKII
(Figure : vetopsy.fr d'après Straton et Chao)
La phosphorylation de T286 perturbe la position des éléments R1 et R2 du segment de régulation contre le domaine kinase et lève l'auto-inhibition.
La phosphorylation de T286 confère une activité indépendante du calcium à la kinase et permettant une activation permanente de l'enzyme CaMKII, même après l'élimination de Ca++/CaM.
En effet, les sous-unités CaMKII activées s'autophosphorylent les unes les autres.
Si une sous-unité T286 est déphosphorylée, elle se rephosphoryle lorsque la sous-unité voisine est encore phosphorylée.
La phosphorylation augmente considérablement l'affinité pour le complexe calmoduline, processus appelé piégeage de la CaM, ce qui prolonge la durée d'activité de la kinase.
En outre, l'inhibition de la PP1 (protéine phosphatase I) aussi favorise l'autophosphorylation et permet à CaMKII d'être constamment actif.
3. La déphosphorylation de T286 provoque l'inactivation de CaMKII.
La phosphorylation de T305 et T306 inhibe la fixation de la calmoduline.
Changements conformationnels
1. L'holoenzyme CaMKII, à l'état auto-inhibé présente deux configurations.
La première configuration est compacte : le domaine de liaison à la calmoduline interagit avec le centre de l'holoenzyme, ce qui le rend inaccessible à la calmoduline.
L'autre configuration est étendue : le domaine de liaison à la calmoduline est plus exposée, sans que cette structure ait été explicitée pour l'instant.
Un équilibre existe entre ces états, et est sensible à la longueur du lien variable reliant les domaines catalytiques et auto-inhibiteur et d'association.
Actions de CaMKII sur le coeur
(Figure : vetopsy.fr d'après Anderson)
régulations des canaux Cav par les kinases),