Selenoproteïnes en Plasmodium vivax

Clara Conill, Estel Enreig, Albert Gil, Carlos González, Jordina Guillén

Facultat de Ciències de la Salut i de la Vida

Universitat Pompeu Fabra






SEL 4

Sel 4 és la quarta selenoproteïna específica del gènere Plasmodium, de la qual no se'n troben homòlegs en altres espècies. La seva identificació és molt recent i, per tant, encara no se'n coneix la funció.

RECERCA DE SEL 4 EN Plasmodium vivax

Per tal d'identificar-la en el genoma de P.vivax vam partir de l'homòleg en P.falciparum (obtingut en la base de dades PlasmoDB), i vam fer un TBLASTN.

El TBLASTN en el genoma de P.vivax usant Sel 4 de P.falciparum com a query va donar el següent resultat:

Figura 1. Resultats TBLASTN
Descarrega't l'arxiu

A partir de saber quin és el contig que conté el gen en qüestió (ctg_6877), de tallar-ne un fragment adequat i de fer-ne la cadena complementària (comanda fastarevcomp) vam poder predir l'estructura gènica amb el GeneWise (aquí):

 
	falciparum         1 MDTNENMKNVKDMMSFTTKNIIYIFIGISLLIFIYKILKKNKKDAEVKR 
	                     MD   N    K +  +T KN+I + +G++  I+IYK+++  K+ +E KR 
	                     MDRVGNKAPAKGVDLLTVKNVILLVLGVTAFILIYKFMRHRKRVSEFKR 
	subseq(975000,3 1542 agaggaagcgagggtcagaagaccgtggagtacatataaccaagtgtaa 
	                     tagtgaacccagtattctaattttttgtccttttaattgagagtcatag 
	                     gcgggcgtcagagtagacatgcgaggctattatttgcgatagatgatgg 


	falciparum        50 NNEISIKMKLSREKQLQELDKEMMINKEKMKEQNIKKNEEKKKDADQAK 
	                     N+EI  KMK+SREK+LQEL+KEMM NK+KM EQ  K +++K K  D  K 
	                     NSEIDKKMKMSREKRLQELEKEMMANKQKMSEQVNKGDDKKDKALDSDK 
	subseq(975000,3 1689 aagagaaaaatagaaccgtgagaagaacaaagcgaagggaagagtgtga 
	                     agataaatatcgaagtaataaattcaaaatgaataagaaaaaactacaa 
	                     tcaataggagaggaggaagaaaggttagggcaggcgatcaataaatgca 


	falciparum        99 PKLGSKDNSSFNHLNDYSNYYRPSLKNRFYNNRKSXR             
	                     PK  SK+NSSF+H  D SNYYRPS++NR+       R             
	                     PKPDSKNNSSFSHFRDLSNYYRPSIRNRL-------R             
	subseq(975000,3 1836 cacgtaaatttactagttattactaaaat       c             
	                     cacacaaacctgatgatcaaagcctgagt       g             
	                     caatcgctggccttgtaacccggcaatga       c

Com podem observar en l'alineament, la U de P.falciparum coincideix amb un gap del contig de P.vivax. Això ens va fer dubtar de si realment Sel 4 es manté com a selenoproteïna en aquesta espècie de Plasmodium en concret. Per aclarir-ho, vam usar el programa SECISearch, que ens va trobar un SECIS probable (score 20,81) a una distància raonable del final de la proteïna predita pel GeneWise.

Figura 2. SECIS de sel 4

Aquest descobriment ens va impulsar a seguir investigant per trobar la selenocisteïna en l'homòleg de P.vivax.
Per resoldre-ho, vam allargar la seqüència del genoma de P.vivax a partir del final de la proteïna predita pel GeneWise fins a trobar un TGA i, al cap de pocs residus, un altre codó stop (concretament, un altre TGA). Amb aquesta proteïna hipotètica allargada vam fer un TBLASTN contra els mRNA de P.vivax, i vam obtenir el següent:


	ref|XM_001616651.1| Plasmodium vivax SaI-1
	Length=1141

	Score =  341 bits (874),  Expect = 6e-95, Method: Compositional matrix adjust.
	Identities = 164/165 (99%), Positives = 164/165 (99%), Gaps = 0/165 (0%)
	Frame = +3

	Query  1     MDRVGNKAPAKGVDLLTVKNVILLVLGVTAFILIYKFMRHRKRVSEFKRNSEIDKKMKMS  60
	             MDRVGNKAPAKGVDLLTVKNVILLVLGVTAFILIYKFMRHRKRVSEFKRNSEIDKKMKMS
	Sbjct  555   MDRVGNKAPAKGVDLLTVKNVILLVLGVTAFILIYKFMRHRKRVSEFKRNSEIDKKMKMS  734

	Query  61    REKRLQELEKEMMANKQKMSEQVNKGDDKKDKALDSDKPKPDSKNNSSFSHFRDLSNYYR  120
	             REKRLQELEKEMMANKQKMSEQVNKGDDKKDKALDSDKPKPDSKNNSSFSHFRDLSNYYR
	Sbjct  735   REKRLQELEKEMMANKQKMSEQVNKGDDKKDKALDSDKPKPDSKNNSSFSHFRDLSNYYR  914

	Query  121   PSIRNRLREKLUHECDVSPSWGAHVHTHGCRHAQQSTHTHIYICI  165
	             PSIRNRLREKL HECDVSPSWGAHVHTHGCRHAQQSTHTHIYICI
	Sbjct  915   PSIRNRLREKL*HECDVSPSWGAHVHTHGCRHAQQSTHTHIYICI  1049

Per tant, com que la U de la proteïna hipotètica queda alineada amb un asterisc in frame (que simbolitza un codó stop enmig de la pauta de lectura), considerem que:

Tot seguit, vam fer un alineament amb T-COFFEE de les seqüències de Sel 4 en P.vivax i P.falciparum, per tal de veure'n la similaritat:


	Sel 4 falciparum  MDTNENMKNVKDMMSFTTKNIIYIFIGISLLIFIYKILKKNKKDAEVKRNNEISIKMKLS
	Sel 4 P. vivax    MDRVGNKAPAKGVDLLTVKNVILLVLGVTAFILIYKFMRHRKRVSEFKRNSEIDKKMKMS
	                  **   *   .*.:  :*.**:* :.:*:: :*:***::::.*: :*.***.**. ***:*

	Sel 4 falciparum  REKQLQELDKEMMINKEKMKEQNIKKNEEKKKDADQAKPKLGSKDNSSFNHLNDYSNYYR
	Sel 4 P. vivax    REKRLQELEKEMMANKQKMSEQVNKGDDKKDKALDSDKPKPDSKNNSSFSHFRDLSNYYR
	                  ***:****:**** **:**.**  * :::*.*  *. *** .**:****.*:.* *****

	Sel 4 falciparum  PSLKNRFYNNRKSU------------------------------R
	Sel 4 P. vivax    PSIRNRLREKLUHECDVSPSWGAHVHTHGCRHAQQSTHTHIYICI
	                  **::**: ::

Com podem observar, la U de cada espècie queda alineada amb un residu diferent. Això ens va fer hipotetitzar un alineament més adequat, afegint simplement un gap de dos residus en la Sel 4 de P. vivax:



	Sel 4 falciparum  MDTNENMKNVKDMMSFTTKNIIYIFIGISLLIFIYKILKKNKKDAEVKRNNEISIKMKLS
	Sel 4 P. vivax    MDRVGNKAPAKGVDLLTVKNVILLVLGVTAFILIYKFMRHRKRVSEFKRNSEIDKKMKMS
	                  **   *   .*.:  :*.**:* :.:*:: :*:***::::.*: :*.***.**. ***:*

	Sel 4 falciparum  REKQLQELDKEMMINKEKMKEQNIKKNEEKKKDADQAKPKLGSKDNSSFNHLNDYSNYYR
	Sel 4 P. vivax    REKRLQELEKEMMANKQKMSEQVNKGDDKKDKALDSDKPKPDSKNNSSFSHFRDLSNYYR
	                  ***:****:**** **:**.**  * :::*.*  *. *** .**:****.*:.* *****

	Sel 4 falciparum  PSLKNRFYNNRKSU------------------------------R
	Sel 4 P. vivax    PSIRNRLRE--KLUHECDVSPSWGAHVHTHGCRHAQQSTHTHIYICI
	                  **::**: ::

Tot seguit, vam fer un Exonerate per tal de predir l'estructura del gen de P.vivax que codifica per Sel 4:

# seqname source feature start end score strand frame attributes

Plasmodium_vivax_SaI-1|ctg_6877|2005-09-01|ds-DNA|Plasmodium_vivax_TIGR	exonerate:protein2genome	gene	975962	976459	865	-	.	
gene_id 1 ; sequence fragmentgenewise ; gene_orientation .
Plasmodium_vivax_SaI-1|ctg_6877|2005-09-01|ds-DNA|Plasmodium_vivax_TIGR	exonerate:protein2genome	cds	975962	976459	.	-	.	
Plasmodium_vivax_SaI-1|ctg_6877|2005-09-01|ds-DNA|Plasmodium_vivax_TIGR	exonerate:protein2genome	exon	975962	976459	.	-	.	
insertions 0 ; deletions 0
Plasmodium_vivax_SaI-1|ctg_6877|2005-09-01|ds-DNA|Plasmodium_vivax_TIGR	exonerate:protein2genome	similarity	975962	976459	865	
-	.	alignment_id 1 ; Query fragmentgenewise ; Align 976460 1 498
Figura 3. Resultats Exonerate (.gff)
Descarrega't l'arxiu


Finalment, vam intentar comprovar l'homologia de funció de Sel 4 en P.vivax i P. falciparum buscant si tenen dominis proteics en comú mitjançant el programa InterProScan.

Figura 4. Dominis Sel 4 en P.falciparum (esquerra) i en P.vivax (dreta)

Com podem veure en la figura 4, ambdues espècies tenen els mateixos dominis, però no són prou específics com per poder especular cap funció (ja que només ha trobat un domini de pèptid senyal i un altre de regió transmembrana).



Així doncs, l'estructura de Sel 4 i el seu element SECIS queda definida així:

Figura 5. Esquema de Sel 4
Tornar enrere