Ca2+/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼII
CaMKIIは長期増強(LTP)に深く関与していることが示唆されている。LTPは活発なシナプスを強化する分子過程であり、記憶形成の根底にある過程であると考えられている。CaMKIIはこの過程の多くの面に関与している。NMDA受容体が位置している局所的環境において、受容体チャネルのポアを遮断している正に帯電したMgイオンを除去するのに十分なだけの電位差が生じた際に、LTPは開始される。チャネルの遮断が解除された結果、CaイオンがNMDA受容体を介してシナプス後ニューロンへ流入することができるようになる。このCaの流入がCaMKIIを活性化する。LTP誘導後の樹状突起のシナプス後肥厚(英語版)(PSD)では直接CaMKIIの活性が上昇することが示されており、活性化は刺激の直接的な結果であることが示唆されている。
CaMKIIαがノックアウトされたマウスでは、LTPは50%に低下する。このことは、CaMKIIの活性の約65%がCaMKIIβによって担われていることによって説明可能である。CaMKIIが活性化状態とならないような改変を行うことで、LTPは完全に遮断することができる。LTPの誘導後、CaMKIIはPSDに移行する。刺激によってLTPが誘導されない場合には、この移行はすぐに可逆的なものとなる。PSDへの結合はCaMKIIの変化を引き起こし、CaMKIIは脱リン酸化が起こりにくい状態となる。この過程で、CaMKIIはPP2Aの基質からPP1の基質へと変化する。この現象は海馬切片の化学的刺激により実証されており、この実験によってCaMKIIがシナプス強度の強化に寄与していることが明らとなった。LTPの維持にはCaMKIIの持続的な活性化が必要である。このことは海馬切片でLTPを誘導し、CaMKIIの活性化状態が維持されないようアンタゴニスト(CaMKIINtide)を投与する実験から示された。CaMKIINtideを投与した切片では、薬剤の注入後に正規化興奮性シナプス後電位(英語版)(EPSP)の傾きが減少しており、このことは誘導されたLTPが反転していることを意味している。対照群ではEPSPの傾きは一定であり、CaMKIIはLTPの確立後も維持過程に関与していることが示された。CaMKIIはカルシウム/カルモジュリンによって活性化されるが、活性化状態は自己リン酸化によって維持される。CaMKIIはLTP誘導時のNMDA受容体を介したカルシウムの上昇により活性化され、αサブユニットとβサブユニットのThr286/287の双方のリン酸化を伴う。
CAMK2D(英語版)遺伝子は、CaMKIIδをコードする。CaMKIIδは神経細胞とそれ以外の細胞種の双方に存在する。特に膵臓がん、白血病、乳がんやなどさまざまな腫瘍細胞で特性解析がなされており、ヒトの腫瘍細胞ではダウンレギュレーションされていることが示されている。