Протонин — белок и его функции¶

Протонин — общее название для группы кислых фосфопротеинов, обнаруживаемых в хроматине эукариотических клеток. В отличие от гистонов, которые имеют щелочной характер и прочно связываются с ДНК, протонины относятся к негистоновым белкам хроматина и обладают кислыми свойствами за счёт высокого содержания остатков аспарагиновой и глутаминовой кислот. Термин применяется преимущественно в биохимии и цитологии для обозначения фракции ядерных белков, участвующих в регуляции структуры хроматина, транскрипции и процессов клеточного деления.

¶История изучения

Понятие протонинов сформировалось в середине XX века, когда исследователи начали разделять белки клеточного ядра на фракции по их заряду и растворимости. Гистоны были выделены и охарактеризованы раньше — они экстрагируются разбавленными кислотами и составляют основную массу ядерных белков. Оставшуюся часть, не растворимую в кислотах и обладающую кислыми свойствами, стали называть негистоновыми белками, или кислыми ядерными белками. Термин «протонин» использовался как противопоставление гистону: если гистон — основной (щелочной) белок, то протонин — кислый.

В 1960–1970-е годы методы гель-электрофореза и ионообменной хроматографии позволили разделить кислые ядерные белки на десятки индивидуальных компонентов. Было установлено, что фракция протонинов гетерогенна и включает белки с молекулярной массой от нескольких десятков до нескольких сотен килодальтон. Многие из них оказались фосфорилированными, то есть содержащими остатки фосфорной кислоты, присоединённые к серину или треонину.

¶Химический состав и свойства

Протонины характеризуются рядом общих признаков:

• Кислый характер. Изоэлектрическая точка большинства протонинов лежит в кислой области (pH 4–6), что отличает их от гистонов с изоэлектрической точкой выше 10.
• Фосфорилирование. Значительная часть протонинов содержит ковалентно связанный фосфат, причём степень фосфорилирования меняется в зависимости от фазы клеточного цикла.
• Гетерогенность. Фракция включает белки разной массы и разной аминокислотной последовательности, объединённые лишь общим физико-химическим свойством.
• Связь с ДНК и РНК. Часть протонинов ассоциирована с ДНК в составе хроматина, часть — с ядерными рибонуклеопротеиновыми комплексами.

Растворимость протонинов зависит от ионной силы раствора и наличия двухвалентных катионов. В присутствии ионов кальция и магния многие из них образуют агрегаты или осаждаются.

¶Локализация в клетке

Протонины обнаруживаются главным образом в ядре. Они входят в состав:

• хроматина — в виде негистоновых компонентов нуклеосомных и наднуклеосомных структур;
• ядерного матрикса — нерастворимого остатка ядра, сохраняющего форму после удаления ДНК и гистонов;
• ядерных пор и ламины — в составе белков, формирующих внутреннюю поверхность ядерной оболочки;
• рибонуклеопротеиновых частиц — в комплексах, участвующих в созревании и транспорте РНК.

Небольшие количества кислых белков, родственных протонинам, выявляются также в цитоплазме, где они могут участвовать в сборке рибосом и регуляции трансляции.

¶Функции

Функциональная роль протонинов разнообразна и до конца не выяснена. К основным предполагаемым функциям относят:

1. Регуляция транскрипции. Кислые белки могут связываться с промоторными и энхансерными участками ДНК, изменяя доступность хроматина для РНК-полимераз.
2. Структурная организация хроматина. Протонины участвуют в формировании петлевых доменов и поддержании компактной упаковки ДНК.
3. Участие в репликации и репарации. Ряд протонинов ассоциирован с ферментами репликации и системами исправления повреждений ДНК.
4. Регуляция клеточного цикла. Степень фосфорилирования протонинов меняется при переходе клетки из одной фазы цикла в другую, что указывает на их роль в контроле деления.
5. Транспорт РНК. Некоторые протонины входят в состав комплексов, обеспечивающих экспорт матричной РНК из ядра в цитоплазму.

¶Методы исследования

Для изучения протонинов применяются:

• электрофорез в полиакриламидном геле — разделение белков по массе;
• двумерный электрофорез — разделение по заряду и массе одновременно;
• иммунохимические методы — выявление конкретных белков с помощью антител;
• масс-спектрометрия — определение аминокислотной последовательности и модификаций;
• радиоактивная метка по фосфору — оценка степени фосфорилирования.

Современные подходы, включая протеомный анализ, позволили идентифицировать сотни индивидуальных кислых ядерных белков и установить их принадлежность к функциональным группам.

¶Значение и связь с патологиями

Изменения в составе и фосфорилировании протонинов наблюдаются при ряде заболеваний. В частности, нарушения в структуре отдельных кислых ядерных белков связывают с некоторыми формами злокачественных опухолей, аутоиммунными заболеваниями и наследственными синдромами, сопровождающимися нестабильностью генома. Аутоантитела к протонинам иногда обнаруживаются в сыворотке пациентов с системными заболеваниями соединительной ткани, что используется в диагностике.

Кроме того, кислые ядерные белки рассматриваются как потенциальные мишени для противоопухолевой терапии, поскольку их активность необходима для быстрого деления раковых клеток.

¶Терминологические замечания

В современной научной литературе термин «протонин» употребляется реже, чем «негистоновые белки хроматина» или «кислые ядерные белки». Это связано с тем, что первоначальное деление ядерных белков на гистоны и протонины оказалось слишком грубым: внутри каждой группы выявлено множество функционально различных молекул. Тем не менее понятие сохраняется в учебной литературе и в историческом контексте как обозначение кислой фракции ядерных белков.