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| INTRODUCCIÓN | OBJETIVOS | MATERIALES | RESULTADOS | DISCUSIÓN | AGRADECIMIENTOS | REFERENCIAS |
El selenio es un elemento fundamental en la salud humana. Es un componente esencial de muchas de las más importantes vías metabólicas, inclyendo el metabolismo de la hormona tiroidea, sistema de defensa antioxidante y función inmune. Está asociado a desarrollo, envejecimiento, proliferación celular y cáncer. El descenso de la concentración de selenio en sangre en los países occidentales tiene implicaciones muy importantes en las enfermedades crónicas más prevalentes en estos países como son el cáncer y las enfermedades cardiovasculares.
El selenio aparece en los animales principalmente en proteínas que contiene selenio en forma del aminoácido selenocisteína. Se han identificado 25 genes que codifican para estas selenoproteínas en humanos y venticuatro en ratón. Estos genes codifican para selenoproteínas como la glutathion peroxidasa, la selenoprteína P, la selenoproteína W, la thiorredoxín reductasa y la deiodinasa de la hormana tiroidea. La selenocisteína se localiza en el centro activo de aquellas selenoproteínas de las cuales se ha identificado la función y juega un papel fundamental en el correcto funcionamiento de estas enzimas. Las funciones principales de las selenoproteínas son como antioxidantes o en la regulación del equilibro redox.
Dada la importancia biológica de las selenoproteínas sería de esperar encontrar una alta conservación al rastrear genomas recientemente secuenciados como el de Pan troglodytes. Nuestro proyecto se ha consitido en anotar en el genoma de Pan troglodytes las 25 selenoprteínas ya anotadas en el genoma de Homo sapiens. Para ello hemos utilizado los métodos computacionales comentados anteriormente en materiales y métodos.
Como la divergencia entre Pan troglodytes y Homo sapiens es reciente esperariamos encontrar un alto número de genes ortólogos y en su mayoría en el mismo cromosoma.
Involucradas en el plegamiento de proteínas dentro del retículo endoplasmático (RE). Presentan el motivo CxxU el cual junto con su estructura secundaria relacionan a estas selenoproteínas con las tiol/disulfuro oxidoreductasas. La formación de puentes disulfuro es un paso esencial en la maduración de las proteínas de secreción y de membrana. En eucariotas la formación de los mismos tiene lugar en el RE. La actividad de estos enzimas depende de un centro catalítico que presenta un dominio CxxC o derivados de CxxC, en los cuales una de las cisteínas puede estar substituida por Sec, Thr o Ser. La función especifica de algunas de estas proteínas es aún desconocida.
Los resultados de para cada una de las selenoproteínas de este grupo son bastante homogéneos. En el caso de SelM y 15-kDa creemos que hemos conseguido anotar la región genómica donde se encuentra el posible gen ortólogo a pesar de no haber encontrado la esturctura SECIS en el extremo 3'. Ambas tienen el mismo número de exones que su ortólogo en Homo sapiens, se encuentran en el mismo cromosoma, la Sec se sitúa in frame y hay alta conservación a ambos lados de la misma.
Para SelV y SelH la predicción ha situado ambos genes en el mismo cromosoma que sus respectivos ortólogos en humano. La Sec se encuentra in frame y tiene el elemento SECIS necesario para su traducción en el extremo 3' pero ambos genes tienen un exón menos que su ortólogo humano. Esto puede deberse a la delección de uno de los intrones.
En el caso de SelT la anotación contiene una Sec in frame con alta conservación a ambos lados, además de la estructura SECIS en el extremo 3', sin embargo, con los métodos a nuestro alcance los 29 primeros aminoácidos no los hemos conseguido predecir y creemos que es por eso que en lugar de encontrar los 6 exones que tiene la proteína humana sólo hemos encontrado 4. En cualquier caso, la ausencia de estos 2 exones puede deberse a que no hemos sido capaces de encontrarlos o a que este gen en Pan troglodytes haya sufrido una delección.
Nuestra mejor predicción para SelO presenta un codón STOP en la posición 408 alineada con un glutamato de la selenoproteína humana, lo cual nos hace pensar que no es una predicción muy buena y que por tanto no hemos sido capaces de anotarla en el genoma de Pan troglodytes.
Por último para SelW la predición tampoco resulta fiable, ya que a pesar de alinenar toda la selenoproteína sólo predice dos exones de los seis que tiene el ortólogo humano. Además esta selnoproteína nos ha llevado a confusión debido a que las bases de datos consultadas (Ensembl y USCS) no situaban la proteína en el mismo cromosoma.
Esta familia de selenoproteínas cataliza la 5'5-mono-desiodinización de la prohormona tirosina (T4) para dar lugar a la forma activa de la homona tiroidea, 3,3'5-triiodotironina (T3) y la conversión de la forma activa T3 a la inactiva 3-3'diiodotirosina. La hormona tiroidea juega un papel importante en la expresión de enzimas hepáticas y en el correcto funcionamiento de los neutrófilos. Hay tres tipos de de iodotirosina desiodinidasas dependientes de Se que actúan en tejidos específicos para mantener la homeostasis de la hormona tiroidea tanto en plasma como a nivel de órgano.
Tanto para DI1 como para DI2 encontramos la Sec in frame con alta conservación a ambos lados y el elemento SECIS en el extremo 3', ambas presentan el mismo número de exones que su ortólogo humano y se sitúan en los mismos cromosomas respectivamente, por tanto consideramos que están bien anotadas. Sin embargo para DI3 a pesar de haber encontrado la Sec in frame con alta conservación a ambos lados y la estructura SECIS en el extremo 3' no hemos podido anotar los primeros 79 aminoácidos ni encontrar cuantos exones lo componen, ya que el exonerate no predice ningún intrón. La bibliografía consultada tampoco señala cuantos exones componen este gen en humanos.
Las cuatro enzimas glutathion peroxidasas representan la clase de selenoproteínas funcionalmente más importantes. Fueron las primeras en ser caracterizadas.
Las cuatro primeras selenoproteínas de esta familia están perfectamente consevadas en Pan troglodytes. Presentan la Sec in frame con alta conservación a amos lados de la misma, el elemento SECIS en el extremo 3', se sitúan en el mismo cromosoma y tiene el mismo número de exones que sus respectivos ortólogos en humano. Posiblemente esto sea debido a su importancia como enzimas que nos previenen del estres oxidativo. Respecto a GPx6 a pesar de que la anotación parece correcta no hemos sido capaces de predecir el elemnto SECIS, sin embargo creemos que la predicción es correcta y que realmente se trata de la selenoproteína, ya que Sec alinea correctamente, presenta alta consrevación a ambos lados de la misma y Exonerate predice todos los exones.
El mecanismo de incorporación de la selenocisteína implica un precursor inorgánico, probablemente selenofosfato. En la mayoría de las dietas el Se aparece en forma orgánica, bien en forma de selenocisteína o selenometionina, lo cual sugiere que una conversión in vivo a precursor inorgánico es un mecanismo importante de regulación de la biodosponibilidad de Se. Este control conferiría protección contra una incorporación excesiva de Se a las selenoproteínas durante la síntesis de las mismas, previniendo así la toxidicad por ingestas excesivas.
A pesar de haber encontrado la Sec in frame con alta conservación a ambos lados y el elemento SECIS en el extremo 3', el hecho de que Exonerate no haya sido capaz de predecir ningún exón hace poco fiable la anotación. Creemos que podría tratarse de contaminación a la hora de llevar a cabo la secuenciación del genoma de Pan troglodytes. Descartamos el hecho de que haya perdido los intrones o de que se haya convertido en pseudogen debido a la gran importancia que tiene en la síntesis del resto de selenoproteínas.
Selenoproteína de la que no se conoce su función pero se sabe que está asociada a desordenes musculares y que se situa en la membrana del retículo endoplasmático.
Creemos que la anotación es correcta debido a que encontramos la Sec in frame con alta conservación a ambos lados, el elemnto SECIS y a que se sitúa en el mismo cromosoma que su ortólogo en humanos. Predecimos un exón de menos pero creemos que es debido a que los primeros 59 aminoácidos no hemos sido capaces de encontrarlos por una posible delección.
Aproximadamente el 60% del Se en plasma es incoprorado en la selenoproteína P, la cual contiene 10 átomos de Se por molécula de selenocisteína y podría actuar como una proteína transportadora de Se. Sin embargo, la selenoproteína P se expresa también en muchos tejidos, sugiriendo que aunque realiza la función de distribución de Se a todo el organismo, puede que ésta no sea su única función.
La imoportante función biológica que lleva a cabo esta selenoproteína indica que es lógica la alta conservación observada en Pan troglodytes respecto a Homo sapiens. Hemos predicho las 10 selenocisteínas, nueve de las cuales alinean con Sec y una de ellas con Cys. También hemos encontrado el elemento SECIS en el extremo 3' y los cuatro exones de su ortólogo humano.
Proteína citosólica y nuclear. Es una selenoproteína en vertebrados, pero sus homólogos en otros organismos eucriotas o procariotas contienen cisteína en lugar de selenocisteína. Se le conoce también como metionina S-sulfóxido reductasa catalizando la reacción reversible y estereoespecífica de conversión de metionina R/S sulfóxido a metionina. Esta reacción está implicada en numeroso procesos biológicos incluyendo función antioxidante, señalización celular y regulación de la actividad enzimática.
La anotación de esta selenoproteína tal y como la hemos llevado a cabo no podemos darla por válida debido a que no se han predicho intrones, con lo que sugerimos alguna hipótesis de lo que ha podido ocurrir. La primera es que haya ocurrido un cambio de pauta de lectura y que la selenocisteína se haya convertido en un codón STOP. La segunda sería que haya ocurrido un error de secuenciación, añadiendo cuatro nucleótidos de más (ATGA). La tercera hipótesis podría ser que se hubiera convertido en un pseudogen debido a la falta de intrones y al cambio de pauta de lectura detrás de la selenocisteína, pero esta hipótesis es poco probable ya que entre humano y chimpance han ocurrido muy pocos eventos de transposición.
El papel crucial de Sel S en la protección de la integridad funcional del retículo endoplasmático frente a potenciales estresantes metabólicos a sido recientemente descubierta. Esta selenoproteína ha sido clasificada como una nueva proteína de membrana que participa en el procesamiento y eliminación de proteínas mal plegadas desde el retículo al citosol donde son poliubiquitinadas y degradadas en el proteasoma.
Hemos encontrado la Sec in frame, el elemento SECIS en el extremo 3', el mismo número de exones que su ortólogo en humanos y se situa en el mismo cromosoma que éste. Sin embargo, en la predicción de Exonerate aparece un símbolo (#) en uno de los nucleótidos alineados que nos indica que si lo tuviesemos en cuenta habría ocurrido un cambio en la pauta de lectura que haría que está selenoproteína no existiéra en chimpancé. Pero debido al resto de evidencias creemos que lo que ha ocurrido ha sido un error en la secuenciación del genoma de Pan troglodytes y que obviándolo el alineamiento resulta perfecto.
Estas selenoproteínas son miembros de las piridín nucleótodo disulfuro oxidoreductasa. En mamíferos las TR son selenoproteínas que contienen la Sec en la posición penúltima del extremo C-terminal. Estas enzimas son elementos clave del sistema tioredoxina, que es uno de los sistemas redox más importantes de las células, pero también están implicadas en procesos como crecimiento celular. TR1 y TR3 son componentes del sistema tiorredoxin tanto citosólico como mitocondrial respectivamente. Ambas proteínas son además esenciales para la embriogénesis.
Tanto TR1 como TR2 creemos que están bien anotadas debido a que predecimos correctamente la Sec in frame con alta conservación a ambos lados, mismo cromosoma que sus homólogos humanos y estructuras SECIS en el extremo 3'. Sin embargo en el caso de TR2 predecimos dos exones menos de lo que tiene la TR2 humana, probablemente por una delección intrónica. La TR3 no la hemos encontrado ya que la homológia entre las selenoproteínas de la misma familia y la selenocisteína en la penúltima posición dificultan la busqueda. Además no se ha visto que en todos los organismos estudiados anteriormente existá esta selenoproteína.
Función desconocida.
A pesar de que no se conoce aún la función de estas selenoproteínas presentan gran conservación en el genoma de chimpancé. En ambos casos hemos predicho la Sec in frame con alta conservación a ambos lados de la misma, los elementos SECIS y los hemos anotado en los mismos cromosomas que se encuantran en el genoma de Homo sapiens. Sin embargo de SelK hemos predicho un exón menos que los que tiene su ortólogo en humanos posiblemente debido a una delección intrónica.
En resumen, hemos cosneguido anotar la mayoría de las selenproeteínas ya anotadas anteriormente en el genoma humano, y esto corrobora nuestra hipótesis inicial de que no existen grandes diferencias entre el genoma de chimpancé y el de humano, debido a que la divergencia es baja. Además, aquellas selenoproteínas de mayor importancia están altamente conservadas.
Para ver un resumen de las anotaciones clickar en la tabla inferior.
Tabla 1. Resumen anotaciones.
Figura 1. Anotación cromosómica.
