بروتامين

البروتامين عبارة عن بروتينات نووية صغيرة غنية بالأرجينين تحل محل الهستونات في مرحلة متأخرة من مرحلة التكون الأحادي للحيوانات المنوية ويعتقد أنها ضرورية لتكثيف رأس الحيوانات المنوية وتثبيت الحمض النووي. قد تسمح بتعبئة الحمض النووي بكثافة في الحيوانات المنوية أكثر من الهستونات، ولكن يجب فك ضغطها قبل أن يتم استخدام البيانات الجينية لتركيب البروتين. ومع ذلك، في البشر وربما الرئيسيات الأخرى، يتم تعبئة 10-15 ٪ من جينوم الحيوانات المنوية بواسطة الهستونات التي يعتقد أنها تربط الجينات الضرورية للنمو الجنيني المبكر. [1]

بروتامين 1
المعرفات
الرمز بروتامين 1
رمز ATC V03AB14 
CAS 9012-00-4 
أنتريه 5619
HUGO 9447
أوميم 182880
RefSeq NM_002761
يونيبروت P04553
بيانات أخرى
الموقع الكروموسومي Chr. 16 p13.13
بروتامين 2
المعرفات
الرمز PRM2
أنتريه 5620
HUGO 9448
أوميم 182890
يونيبروت P04554
بيانات أخرى

البروتامينات والشبيهة بالبروتامينات (PL) هي من بين البروتينات الأساسية النووية الخاصة بالحيوانات المنوية (SNBPs). بروتينات الـ PL هي وسيطة في البنية بين البروتامين والهيستون H1، والتي يكون الطرف C منها مقدمة لبروتامين الفقاريات. [2]

تكوين الحيوانات المنوية
تعديلات في مرحلة ما بعد الإخصاب. يظهر الجزء العلوي من الصورة استبدال البروتامينات بالهيستونات في نواة الأب بعد فترة قصيرة من الإخصاب. يشكل الحمض النووي المعبأ بالبروتامين هياكل حلقية، تظهر في الزاوية اليسرى العليا من الصورة.

أثناء تكوين الحيوانات المنوية، يرتبط البروتامين بأساس الفوسفات للحمض النووي باستخدام المجال الغني بالأرجينين كنقطة تثبيت. ثم يتم طي الحمض النووي حلقيا -هيكل على شكل حرف O، على الرغم من أن الآلية غير معروفة. يمكن لخلية الحيوانات المنوية أن تحتوي على ما يصل إلى 50000 بنية حلقية في نواتها وكل حلقة تحتوي على حوالي 50 كيلو قاعدة. [3] قبل تكوين الحلقات، تتم إزالة الهستونات من الحمض النووي عن طريق البروتينات النووية الانتقالية، بحيث يمكن للبروتامين تكثيفه. آثار هذا التغيير هي 1) زيادة في الديناميكا المائية للحيوانات المنوية من أجل تدفق أفضل من خلال السوائل عن طريق تقليل حجم الرأس 2) انخفاض في حدوث تلف الحمض النووي 3) إزالة العلامات الجينية التي تحدث عند تعديل الهيستون. [4]

يرتبط هيكل رأس الحيوانات المنوية أيضًا بمستويات البروتامين. تم معرفة أن نسبة البروتامين 2 للبروتامين 1 والبروتينات النووية الانتقالية ضرورية لتغيير شكل رأس الحيوانات المنوية في أنواع مختلفة من الفئران، عن طريق تغيير التعبير عن البروتامين 2 عن طريق حدوث طفرات في المنطقة المعززة. تم العثور على انخفاض في النسبة لزيادة القدرة التنافسية للحيوانات المنوية في الفئران. ومع ذلك، يلزم إجراء المزيد من الاختبارات لتحديد كيفية تأثير هذه النسبة على شكل الرأس وما إذا كان الزواج الأحادي يؤثر على هذا الاختيار. تظهر الدراسات أن الرجال الذين لديهم Prm1 / Prm2 غير متزن يعانون من العقم. [5] يتم ترميز البروتامين 2 كبروتين طويل يحتاج إلى انقسام طرفه N قبل أن يصبح فعالاً. شهد بروتامين الإنسان والشمبانزي تطوراً سريعاً. [6]

الاستخدامات الطبية

عند خلطه بالإنسولين، يبطئ البروتامين بداية مفعوله ويزيد من مدته (انظر إنسولين NPH). [7]

يستخدم البروتامين في جراحة القلب وجراحة الأوعية الدموية وإجراءات الأشعة التدخلية لتحييد التأثيرات المضادة لتخثر الهيبارين. تشمل التأثيرات الضارة زيادة ضغط الشريان الرئوي وانخفاض كللًا من ضغط الدم المحيطي، واستهلاك الأكسجين في عضلة القلب، وخرج القلب، ومعدل ضربات القلب. [8]

سلفات البروتامين هو ترياق للجرعة الزائدة من الهيبارين، ولكن قد تحدث حساسية شديدة. [9] نسخة مختصرة من البروتامين تعمل أيضًا كمضاد قوي للهيبارين، ولكن مع انخفاض المستضد بشكل ملحوظ. وقد أنتج في البداية كخليط من الثرمولايزين، [10] ولكن جزء الببتيد الفعال VSRRRRRRGGRRRR منذ ذلك الحين معزول. [11] كما تم إنتاج نظير لهذا الببتيد. [12]

في العلاج الجيني، جعلت قدرة سلفات البروتامين لتكثيف الحمض النووي البلازميدي إلى جانب موافقتها من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) مرشحًا جذابًا لزيادة معدلات التنبيغ بواسطة كل من الفيروسي [13] وغير الفيروسي (على سبيل المثال استخدام الجسيمات الكاتيونية) [14] آليات التسليم المتواسطة.

يمكن استخدام البروتامين كدواء للحد من السمنة. وقد ثبت أن البروتامين يردع الزيادة في وزن الجسم والبروتين الدهني منخفض الكثافة في الجرذان الغنية بالدهون. يحدث هذا التأثير من خلال تثبيط نشاط الليباز، وهو إنزيم مسؤول عن هضم وامتصاص ثلاثي الغليسريد، مما يؤدي إلى انخفاض في امتصاص الدهون الغذائية. لم يتم العثور على أي تلف في الكبد عندما تم علاج الفئران بالبروتامين. ومع ذلك، فإن استحلاب الأحماض الدهنية طويلة السلسلة للهضم والامتصاص في الأمعاء الدقيقة أقل ثباتًا في البشر من الفئران، مما يؤدي لاختلاف فعالية البروتامين كدواء. علاوة على ذلك، قد تؤدي الببتيدات البشرية إلى تدهور البروتامين بمعدلات مختلفة، وبالتالي يلزم إجراء المزيد من الاختبارات لتحديد قدرة البروتامين على منع السمنة لدى البشر. [15]

توزيع الأنواع وأشكالها

لدى الفئران والبشر [1] وبعض الأسماك بروتينين مختلفين أو أكثر، في حين أن الحيوانات المنوية للثيران والخنزير لها شكل واحد من البروتامين بسبب طفرة في جين PRM2. [16] في الفئران، على الرغم من وجود جين PRM2، فإن التعبير عن هذا البروتين صغير للغاية بسبب النسخ المحدود بسبب عدم كفاءة المحفز بالإضافة إلى المعالجة المتغيرة لنسخة الرنا الراسل. [17]

بشري

يشار إلى البروتامينين الموجودين في البشر بـ PRM1 و PRM2 .

سمكي

أمثلة على البروتامين من الأسماك هي:

البنية
بروتامين P1
معرف
رمز Protamine_P1
قاعدة بيانات عوائل البروتينات PF00260
إنتربرو IPR000221
بروسايت PDOC00047
بروتامين P2
معرف
رمز Protamine_P2
قاعدة بيانات عوائل البروتينات PF00841
إنتربرو IPR000492

البنية الأساسية للبروتامين P1 -البروتامين المستخدم لتعبئة الحمض النووي في خلايا الحيوانات المنوية في الثدييات المشيمية عادة ما يكون طوله 49 أو 50 حمضًا أمينيًا. ينقسم هذا التسلسل إلى ثلاثة مجالات منفصلة: مجال غني بالأرجينين لربط الحمض النووي يحيط به سلاسل قصيرة من الببتيد تحتوي غالبًا على بقايا السيستين. يتكون المجال الغني بالأرجينين من 3-11 lk بقايا الأرجينين ويتم حفظه بين تسلسل بروتامين السمك وتسلسلات بروتامين 1 الثديية عند هوية تسلسل حوالي 60-80٪.[1] بعد الترجمة، يتم فسفرة بنية البروتامين P1 على الفور في جميع المجالات الثلاثة المذكورة أعلاه. تحدث جولة أخرى من الفسفرة عندما يدخل الحيوان المنوي إلى البويضة، ولكن وظيفة هذه الفسفرة غير مؤكدة. عندما يرتبط البروتامين P1 بالحمض النووي، فإن السيستين من الطرف الأميني لأحد البروتامين P1 يشكل روابط ثنائي الكبريتيد مع السيستين من طرف كاربوكسي بروتامين P1 آخر. تعمل روابط ثنائي الكبريتيد لمنع تفكك البروتامين P1 من الحمض النووي حتى يتم تقليل الروابط عندما يدخل الحيوان المنوي إلى البويضة.

البنية الثانوية والثالثية للبروتامين غير معروفة على وجه اليقين، ولكن تم نشر العديد من المقترحات.[18][19][20]

المراجع
  1. "The protamine family of sperm nuclear proteins"، Genome Biology، 8 (9): 227، 2007، doi:10.1186/gb-2007-8-9-227، PMID 17903313.
  2. "Origin and evolution of chromosomal sperm proteins"، BioEssays، 31 (10): 1062–70، أكتوبر 2009، doi:10.1002/bies.200900050، PMID 19708021.
  3. "Protamine-induced condensation and decondensation of the same DNA molecule"، Science، 286 (5437): 120–3، أكتوبر 1999، doi:10.1126/science.286.5437.120، PMID 10506559.
  4. "Optimizing Tethered Particle Motion to Measure DNA Compaction by Protamine"، Biophysical Journal، 108 (2): 393a، يناير 2015، doi:10.1016/j.bpj.2014.11.2156.
  5. "Sexual selection on protamine and transition nuclear protein expression in mouse species"، Proceedings. Biological Sciences، 281 (1783): 20133359، مايو 2014، doi:10.1098/rspb.2013.3359، PMID 24671975.
  6. "Rapid evolution of male reproductive genes in the descent of man"، Nature، 403 (6767): 304–9، يناير 2000، doi:10.1038/35002070، PMID 10659848.
  7. "Insulin preparations with prolonged effect"، Diabetes Technology & Therapeutics، 13 Suppl 1: S5-14، يونيو 2011، doi:10.1089/dia.2011.0068، PMID 21668337.
  8. "The heparin-protamine interaction. A review"، The Journal of Cardiovascular Surgery، 40 (5): 659–66، أكتوبر 1999، PMID 10596998.
  9. "Serious adverse reactions to protamine sulfate: are alternatives needed?"، The Journal of Allergy and Clinical Immunology، 75 (2): 297–303، فبراير 1985، doi:10.1016/0091-6749(85)90061-2، PMID 2857186.
  10. "Low molecular weight protamine: a potent but nontoxic antagonist to heparin/low molecular weight protamine"، ASAIO Journal، 46 (4): 435–9، 2000، doi:10.1097/00002480-200007000-00013، PMID 10926141.
  11. "Low molecular weight protamine (LMWP): a nontoxic protamine substitute and an effective cell-penetrating peptide"، Journal of Controlled Release، 193: 63–73، نوفمبر 2014، doi:10.1016/j.jconrel.2014.05.056، PMID 24943246.
  12. "Low molecular weight protamine (LMWP) as nontoxic heparin/low molecular weight heparin antidote (I): preparation and characterization"، AAPS PharmSci، 3 (3): 7–14، 01 سبتمبر 2001، doi:10.1208/ps030317، PMID 11741268.
  13. "Protamine sulfate as an effective alternative to polybrene in retroviral-mediated gene-transfer: implications for human gene therapy" (PDF)، Journal of Virological Methods، 23 (2): 187–94، فبراير 1989، doi:10.1016/0166-0934(89)90132-8، PMID 2786000، مؤرشف من الأصل (PDF) في 19 يوليو 2018.
  14. "Protamine sulfate enhances lipid-mediated gene transfer"، Gene Therapy، 4 (9): 961–8، سبتمبر 1997، doi:10.1038/sj.gt.3300484، PMID 9349433.
  15. "Effect of protamine in obesity induced by high-fat diets in rats"، International Journal of Obesity، 33 (6): 687–92، يونيو 2009، doi:10.1038/ijo.2009.78، PMID 19434066.
  16. "The lack of protamine 2 (P2) in boar and bull spermatozoa is due to mutations within the P2 gene"، Nucleic Acids Research، 18 (5): 1249–54، مارس 1990، doi:10.1093/nar/18.5.1249، PMID 2320417.
  17. "Expression of the rat protamine 2 gene is suppressed at the level of transcription and translation"، Experimental Cell Research، 188 (1): 147–52، مايو 1990، doi:10.1016/0014-4827(90)90290-q، PMID 2328773.
  18. "Nuclear matrix interactions at the human protamine domain: a working model of potentiation"، The Journal of Biological Chemistry، 279 (50): 51862–8، ديسمبر 2004، doi:10.1074/jbc.M409415200، PMID 15452126.
  19. "Formation of native-like mammalian sperm cell chromatin with folded bull protamine"، The Journal of Biological Chemistry، 279 (19): 20088–95، مايو 2004، doi:10.1074/jbc.M312777200، PMID 14990583.
  20. "The probable structure of the protamine-DNA complex"، Journal of Theoretical Biology، 241 (3): 533–40، أغسطس 2006، doi:10.1016/j.jtbi.2005.12.015، PMID 16442565.

وصلات خارجية
  • V03AB14‏ (WHO)
  • بوابة الكيمياء
  • بوابة علم الأحياء الدقيقة
  • بوابة طب
  • بوابة صيدلة
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.