Calmodulin variant E140G associated with long QT syndrome impairs CaMKIIδ autophosphorylation and L-type calcium channel inactivation

自磷酸化 兰尼定受体 钙调蛋白 兰尼碱受体2 长QT综合征 突变 细胞生物学 生物 化学 医学 内科学 蛋白激酶A 激酶 QT间期 遗传学 内质网 基因
作者
O. Prakash,Nitika Gupta,Amy Milburn,Liam McCormick,Vishvangi Deugi,Pauline Fisch,Jacob Wyles,N. Lowri Thomas,S.V. Antonyuk,Caroline Dart,Nordine Helassa
出处
期刊:Journal of Biological Chemistry [Elsevier]
卷期号:299 (1): 102777-102777 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.jbc.2022.102777
摘要

Long QT syndrome (LQTS) is a human inherited heart condition that can cause life-threatening arrhythmia including sudden cardiac death. Mutations in the ubiquitous Ca2+-sensing protein calmodulin (CaM) are associated with LQTS, but the molecular mechanism by which these mutations lead to irregular heartbeats is not fully understood. Here, we use a multidisciplinary approach including protein biophysics, structural biology, confocal imaging, and patch-clamp electrophysiology to determine the effect of the disease-associated CaM mutation E140G on CaM structure and function. We present novel data showing that mutant-regulated CaMKIIδ kinase activity is impaired with a significant reduction in enzyme autophosphorylation rate. We report the first high-resolution crystal structure of a LQTS-associated CaM variant in complex with the CaMKIIδ peptide, which shows significant structural differences, compared to the WT complex. Furthermore, we demonstrate that the E140G mutation significantly disrupted Cav1.2 Ca2+/CaM-dependent inactivation, while cardiac ryanodine receptor (RyR2) activity remained unaffected. In addition, we show that the LQTS-associated mutation alters CaM's Ca2+-binding characteristics, secondary structure content, and interaction with key partners involved in excitation-contraction coupling (CaMKIIδ, Cav1.2, RyR2). In conclusion, LQTS-associated CaM mutation E140G severely impacts the structure-function relationship of CaM and its regulation of CaMKIIδ and Cav1.2. This provides a crucial insight into the molecular factors contributing to CaM-mediated arrhythmias with a central role for CaMKIIδ.

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