記憶を司るタンパク質 CaMKII のリング構造の新発見

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　金沢大学自然科学研究科数物科学専攻博士後期課程の松島啓介、ナノ生命科学研究所（WPI-NanoLSI）／新学術創成研究機構の柴田幹大教授らの研究グループは、自然科学研究機構生理学研究所の村越秀治准教授らの研究グループとの共同研究で、脳の記憶や学習に欠かせないタンパク質、カルシウム/カルモジュリン依存性キナーゼ II（CaMKII）が 12 個のサブユニットから成るリング内で α 型と β 型を同一リングに混在させ、隣接して配置することを高速原子間力顕微鏡（高速 AFM、※1）を用いて世界で初めて明らかにしました。これにより、長年残されていた CaMKII のリング構造に関する疑問に決着をつけました。

　CaMKII は、12 個のサブユニットがリング状に集まって働いています。脳の神経細胞内の CaMKII には α 型と β 型の 2 種類があり、脳の領域や発達段階でその存在比率が変わることが知られています。しかし、これまで一つのリングの中で α 型と β 型が一緒に存在するかどうか、そして混ざるとすればどのように並んでいるのかは謎でした。本研究では、高速 AFM という特殊な顕微鏡を使って、溶液中で動く CaMKII のリアルタイム観察を行いました。その結果、CaMKII の 12 量体リングの中には α 型と β 型が混ざっており、それぞれのサブユニットが α 型と β 型のどちらに由来するかを識別することで、高確率で隣り合う配置をとることも明らかにしました。これにより、長い間未解決であった CaMKII の真のリング構造の謎が解け、約 40 年にわたる疑問に終止符が打たれました。

　これらの知見は、シナプスでの CaMKII を介したシナプスの可塑性（シナプスの強さや結合が変化する仕組み）の分子基盤や分子メカニズムを理解するうえで重要な手がかりになると考えられます。将来的には、記憶、学習、認知などの脳機能をタンパク質といった分子レベルで明らかにすることにつながり、ひいてはアルツハイマー病などのさまざまな精神・神経疾患の臨床応用（治療薬）の開発にも貢献すると期待されます。

　本研究成果は、2025 年 12 月 24 日午前 10 時（英国時間）に英国科学雑誌『NatureCommunications』のオンライン版に掲載されました。

図 1：CaMKIIのドメイン構成。

（A）括弧内の数字はβ型のアミノ酸残基を示す。α型とβ型の主な違いはリンカーのアミノ酸残基数である。（B）電子顕微鏡画像に基づいて予想されたCaMKIIαの12量体構造モデル。

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ジャーナル名：NatureCommunications

研究者情報：柴田幹大

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