Кіріспе

Протаминдер – сперматогенездің гаплоидтық фазасының соңында гистондарды ығыстыратын шағын, аргининге бай ядролық ақуыздар. Олар сперматозоид бас бөлігінің конденсациясы мен ДНК-ның тұрақтандырылуы үшін қажет деп саналады. Сперматозоидта ДНК гистондарға қарағанда тығызрақ жиналуына мүмкіндік береді, бірақ генетикалық ақпаратты ақуыз синтезі үшін қолдану алдында оны босату қажет. Дегенмен, сперматозоид геномының бір бөлігі (адамдарда және басқа да приматтарда 10-15%) ерте эмбрионалық даму үшін маңызды гендерге байланысты гистондармен жиналған. Протамин және протаминге ұқсас (PL) ақуыздары жиынтығы спермаға тән ядролық негізгі ақуыздар (SNBPs) деп аталады. PL ақуыздары құрылысы жағынан протамин мен гистон H1 арасындағы кезеңдік түрде болады. PL-дің C-терминалды домені омыртқалылардың протаминінің алғашқы түрі болуы мүмкін.

Сперматогенез

Сперматозоидтардың қалыптасу кезінде протамин, аргининге бай доменін тіреуіш ретінде пайдалана отырып, ДНК-ның фосфат тірекшесіне байланысады. Содан кейін ДНК О пішіндес құрылым – тороид түріне жиырылады, бірақ оның механизмі әлі белгісіз. Сперматозоид ядросында 50 000-ға дейін тороид пішіндес құрылымдар болуы мүмкін, әр тороид шамамен 50 килобазадан тұрады. Тороид пайда болу алдында гистондар, ДНК-дан транзициялық ядролық ақуыздар арқылы алынып тасталады, осылайша протамин оны жиырыстыруға мүмкіндік алады. Бұл өзгерістердің нәтижесінде 1) сперматозоидтардың гидродинамикасы артып, сұйықтықтарда жақсы қозғалуы үшін бас өлшемі кішірейеді, 2) ДНК зақымдануы азаяды, 3) гистон модификацияларымен байланысты эпигенетикалық маркерлер жойылады. Сперматозоид басының құрылымы да протамин деңгейімен байланысты. Протамин 2 мен протамин 1 арақатынасы және транзициялық ядролық ақуыздардың түрлерінің өзгеруі, егешқұйрықтардың әртүрлі түрлерінде протамин 2 экспрессиясын оның промотор аймағындағы мутациялар арқылы өзгертіп, сперматозоид басының пішінін өзгертетіні анықталды. Арақатынастың төмендеуі Mus туысына жататын сперматозоидтардың бәсекеге қабілеттілігін арттыратыны көрсетілді. Дегенмен, бұл арақатынастың бас пішініне қалай әсер ететінін және моногамияның осы таңдауға ықпалын анықтау үшін қосымша зерттеулер қажет. Адамдарда Prm1/Prm2 арақатынасы бұзылған еркектерде төмен фертильділік немесе бедеулік байқалады. Протамин 2 – функционалды болу үшін N-терминалының кесілуі қажетті ұзын ақуыз ретінде кодталады. Адам және шимпанзе протаминінің эволюциясы қарқынды жүрді.

Медициналық қолданыстар

Инсулинмен қосылғанда, протаминдер инсулиннің әсер етуін баяулатады және оның әсер ету ұзақтығын ұзартады (ҚНП инсулинін қараңыз). Протамин жүрек хирургиясында, қан тамырлары хирургиясында және интервенциялық радиология процедураларында гепариннің қан ұюға қарсы әсерін бейтараптандыру үшін қолданылады. Жағымсыз әсерлеріне өкпе артериясы қысымының жоғарылауы, перифериялық қан қысымының төмендеуі, миокардтық оттегі тұтынылуының азаюы, жүрек шығысы және жүрек соғу жиілігі кіреді. Протамин сульфаты гепариннің артық дозасын емдеуге арналған дәрі, бірақ ауыр аллергия дамуы мүмкін. Протаминнің тізбегі қысқартылған түрі де күшті гепарин қарсыласы болып табылады, бірақ антигендік қасиеттері айтарлықтай төмендеген. Бұл бастапқыда протаминге термолизин әсер ету арқылы алынған қоспа ретінде өндірілген, бірақ кейін тиімді пептид бөлігі VSRRRRRRGGRRRR оқшауланды. Бұл пептидтің аналогы да жасалған. Гендік терапияда протамин сульфатының плазмидтік ДНК-ны жинақтау қабілеті және АҚШ-тың Азық-дәрілік басқармасының (FDA) мақұлдауы, оны вирустық және вирустық емес (мысалы, катиондық липосомаларды қолдану) жеткізу механизмдері арқылы трандукция деңгейін арттыруға ыңғайлы кандидат етеді. Протамин семіздіктің алдын алу үшін қолданылатын дәрі болуы мүмкін. Протамин дене салмағының артуын және жоғары майлы диетадағы егеуқырлардағы төмен тығыздықты липопротеиннің деңгейінің жоғарылауын тежейтіні көрсетілген. Бұл триацилглицеролдің қорытылуы мен сіңуіне жауапты липаза активтілігін тежеу арқылы жүзеге асады, нәтижесінде диеталық майдың сіңуі азаяды. Тышқандарға протаминмен емдегенде бауыр зақымдануы анықталған жоқ. Дегенмен, ұзақ тізбекті май қышқылдарының жұқа ішекте қорытылуы және сіңуі үшін эмульсиялану адамдарда тышқандарға қарағанда тұрақсыз, бұл протаминнің дәрі ретінде тиімділігін өзгертеді. Сонымен қатар, адам пептидазалары протаминді әртүрлі жылдамдықпен ыдыратады, сондықтан протаминнің адамдарда семіздіктің алдын алу қабілетін анықтау үшін қосымша зерттеулер қажет.

Түрлердің таралуы және изоформалары

Егешқұйрықтарда және адамдарда PRM2 геніндегі мутация нәтижесінде протаминнің бір түрі кездеседі. Ал егешқұйрықта PRM2 гені болғанымен, тиімсіз промотордың салдарынан транскрипцияның шектелуіне және мРНК транскриптісінің өңделуіндегі өзгерістерге байланысты осы белоктың экспрессиясы өте төмен.

Сүтқоректілер

Адамның 2 протоамині PRM1 және PRM2 деп аталады. Тышқандар мен адамдарда PRM1, PRM2 және TNP2 консервацияланған гендер кластерінде бірге орналасқан. Эутериялық сүтқоректілерде әдетте PRM1 және PRM2 екеуі де кездеседі. Ал метатериялардың тек P1 гомологы бар. Плаценталық сүтқоректілерде сперматозоидтарда ДНК-ны қаптау үшін қолданылатын протамин P1-дің негізгі құрылымы әдетте 49 немесе 50 аминқышқылынан тұрады. Бұл тізбек үш жеке доменге бөлінеді: ДНК-мен байланысуға арналған аргининге бай домен, екі жағында көбінесе цистеин қалдықтарын қамтитын қысқа пептидтік тізбектер орналасқан. Аргининге бай домен 3-11 аргинин қалдықтарынан тұрады және балықтардың протоамині мен сүтқоректілердің протамин 1 тізбектері арасында шамамен 60-80% тізбектік сәйкестікпен сақталады. Басым көпшілік пікір бойынша, протамин бета-талшық құрылымдарын жасайды, содан кейін дисульфидтік байланыстар (сондай-ақ, мүмкін дитирозин және цистеин-тирозин байланыстары) арқылы байланысады. Протамин P1 ДНК-ға байланысқанда, бір протамин P1-дің аминотерминалынан шыққан цистеин, екінші протамин P1-дің карбокситерминалынан шыққан цистеинмен дисульфидтік байланыстар құрайды. Протамин омыртқа зарядын бейтараптандыру арқылы ДНК-ның тығыз оралуына мүмкіндік береді. Дисульфидтік байланыстар протамин P1-дің ДНК-дан ажырауына жол бермейді, олар сперматозоид жұмыртқаға енгенде ғана тоқтатылады. Бұл ұзын протамин полимерлері ДНК-ны негізгі иілімде орап алады.