Selenoproteïnes

General

Les selenoproteïnes es van descobrir al 1973, des de llavors, s'han descrit en els tres regnes, Eucaria, Bactria i Archea, i se n'han identificat 30 famílies diferents, avui en dia, encara estan en estudi. Hi ha una gran varietat en el número de selenoproteïnes que trobem en les diferents espècies, per exemple, en humà en trobem 25, en Drosophila se’n han descrit 3 i en C. Elegans una.

En els organismes vius existeixen 21 aminoàcids diferents que permeten sintetitzar les proteïnes. Generalment es parla de 20 aminoàcids, l'aminoàcid 21 és la selenocisteïna (Sec-U), la qual es troba a les selenoproteïnes. La selenocisteïna és un anàleg de la cisteïna però amb seleni en lloc de sofre. S’han descrit organsimes amb gens que en comptes de codificar per selenocisteïna tinguin un gen homòleg on hi hagi una cisteïna.

El seleni és un micronutrient amb propietats químiques semblants al sofre, essencial per la major part dels éssers vius i que es troba principalment a les selenoproteïnes.

La majoria de selenoproteïnes són enzims que participen en reaccions redox, motiu pel qual es creu que poden tenir capacitat de protecció antioxidant. La deficiència de seleni provoca malalties com per exemple la malaltia de Keshan, en canvi, un excés resulta tòxic ja que no es pot metabolitzar bé i dóna lloc a selenosi. S'han realitzat estudis que semblen indicar que els suplemnets de seleni tenen efectes positius en la disminnució de la incidència de determinades malalties, s'ha demostrat que és un dels agents quimioprotectors contra el càncer més prometedors i hi ha evidències que tindria un paper a destacar en la reducció de l'expressió viral, prevenció de problemes cardíacs i cardiovasculars i transtorns musculars.

Síntesi i SECIS

Esquema de la Sintesi

La síntesis de selenoproteïnes és un procés conservat evolutivament. Tot i això, s'han trobat diferències en el mecanisme de síntesis entre els tres regnes. Les característiques comunes a tots els organismes són la presència del codó codificant per selenocisteïna, un tRNA específic, l'element SECIS (selenocystein insertion sequence) i alguns factors proteics.

El codó que codifica per la selenocisteïna és UGA, que coincideix amb un dels tres codons de parada de la traducció i que es pot situar en qualsevol part de la seqüència. La lectura del codó es llegeix com a codó per a selenocisteïna, i recodifica UGA per un mecanisme biològic mediat per l'extrem 3' de la seqüència a traduir.

L'element SECIS és un element de RNA d’uns 60 nucleòtids amb estructura de loop que es troba en la regió 3' UTR en eucariotes i arquea, mentre que en bacteris es situa downstream després del codó UGA, en posició 3’. L’element SECIS presenta una estructura secundària característica en el mRNA la qual es troba conservada i conté seqüències consens que són importants per la incorporació de Sec. Quan l’element SECIS es troba a la seqüència, la SECIS binding protein (SBP) s’uneix amb el eEFsec, un factor d’elongació específic per selenoproteïnes i aquest, recluta un RNA específic el qual porta unida la selenocisteïna (tRNAsec). El ribosoma pot decodificar aquest UGA com a codó selenocisteïna i seguir codificant fins que troba un codó de parada.

Els gens que intervenen en la síntesis de selenoproteïnes són SPS1, SPS2, SLA/LP, Sec43p i PSTK.

Sel1

Estructura de l'element SECIS

La selenoproteïna 1 està organitzada en tres exons. Els elements SECIS es troben a una distància de 55pb de l’últim exó. La selenocisteïna (Sec) està present al penúltim aminoàcid de l’extrem carboxi-terminal. Es tracta d’una proteïna de 116aa.

La selenoproteïna de tipus 1 ha estat identificada en: P.falciparum, P.yoelii, P.berghei, P.chabaudi, P.knowlesi i P.vivax.

L’expressió de selenoproteïna1 en plasmodium està relacionada amb l’augment dels nivells de esquizonts en el cicle eritrocític.

Estructura genomica

SelS

Estructura de Sel S

La selenoproteïna S (SelS) és una selenoproteïna de 189 aminoàcids que conté l’aminoàcid selenocisteïna en l’aminoà cid 188. és una selenoproteïna transmembrana que està relacionada amb la integritat del reticle endoplasmàtic davant els efectes perjudicials de l’estrès metabòlic. SelS participa en la retro-translocació de proteïnes desplegades des del reticle endoplasmàtic cap al citosol per a la seva degradació. D’aquesta manera, evita l’acumulació de proteïnes desplegades, que està relacionat amb processos immunes i inflamatoris.

Aquesta selenoproteïna està codificada en humans per un gen SEPS1 que es troba al locus 15q26.3. Hi ha dos transcripts diferents d’aquesta proteïna per splicing alternatiu.

Organismes

B.bovis

Esquema de la Sintesi
Regne (Kingdom): Protists
Fílum (Philum): Apicomplexa
Ordre (order): Piroplasmida
Família (Family): Babesiidae
Gènere (Genus): Babesia
Espècie (Species): bovis


Babesia bovis és un paràsit transmès per paparres i ataca als glòbuls vermells . Aquest paràsit infecta el ramat en les regions tropicals i subtropicals pot causar enormes pèrdues de ramat. La recerca en aquesta malaltia és vital a causa l'enorme importància econòmica del desenvolupament del ramat en països que s'estan desenvolupant on aquest paràsit hi és present.

La patologia causada per una infecció aguda de B.bovis és similar a la que provoca la malària en l'home causada per P.falciparum, que fa que aquesta malaltia sigui un important model per estudiar la malària, en particular, els aspectes de la malària cerebral.

E.histolytica

Esquema de la Sintesi
Regne (kingdom): Protista
Filum (Philum): Amoebozoa
Classe (Class): Archamoebae
Ordre (Order): 	Entamoebida
Família (Family): Entamoebidae
Gènere (Genus): Entamoeba
Espècie (Species): Entamoeba histolytica


La Entamoeba histolytica és un paràsit anaerobi eucariota protozooari amb forma ameboide, com el seu nom ho indica, dintre del gènere Entamoeba. És patògena per a l'humà, qui és el seu únic hoste, causant amebiasis incloent colitis amèbica i abscés hepàtic. Es poden distingir diverses formes o fases de desenvolupament en aquesta espècie, presents durant diverses etapes del seu cicle de vida:

Trofozoit: és la forma activament mòbil de l'espècie. Es caracteritza per tenir un nucli amb una concentració de cromatina puntiforme i generalment concèntrica anomenat cariosoma central; així com la formació de cromatina en la perifèria del nucli.
Forma magna: tipus de trofozoit molt patogen, causant de la disenteria amebiana. Viu en els teixits de l'intestí. Està envoltada per l'emissió de notables pseudòpodes que li permeten motilidad contínua.
Forma minuta: trofozoíto no patogen, forma natural de Entamoeba histolytica, que amida de 10 a 20 ?m i no ingereix glòbuls vermells. Viu en la llum intestinal com comensal. Té pseudópodos, encara que més curts i prims que la forma magna.
Quist: forma infectante. Conté de 1 a 4 nuclis, depenent de la maduresa del quist. Són de forma arrodonida, refringent amb una membrana clarament marcada. En el citoplasma es poden veure amb freqüència de 1 a 3 inclusions de glucògen fosques anomenades cossos cromatidals.
Metaquiste: tenen les mateixes característiques que els quists, per derivar-se d'aquests durant el procés de desenquistament en la llum del colon proximal. Són els metaquistes els quals donaran origen als trofozoits, ja que tenen una membrana més irregular i prima que un quist.

Recentment, cienífics de l'Institut d'Investigació Genòmica (TIGR) en Rockville, Maryland i de l'Institut Wellcome Trust Sanger en el Regne Unit, van completar la seqüència del genoma d'I. histolytica. Sorprenentment, el genoma de la ameba té 92 gens bacterians, probablement per haver fagocitat bacteris intestinales durant tota la seva vida evolutiva en el tracte digestiu. La majoria d'aquests gens estan involucrats en vies metabòliques i presumiblement li serveixin a la ameba per a usar camins metabòlics bacterians que li permetin adaptar-se a les baixes concentracions d'oxigen de l'intestí. Aix%iacute;, podria prescindir de les organel·les que tenen la resta dels eucariotes. En segon lloc, van trobar una complexitat genòmica inesperada, amb gairebé 10.000 gens. Aquest organisme té una enorme quantitat de gens per a proteïnes receptores i de senyalització. Això concorda amb la gran varietat de microambients que hi ha en el tracte digestiu.



E.terrapinae

Esquema de la Sintesi
Regne (Kingdom): Protista
Filum (Phylum): Protozoa
Classe (Class): Lobosa
Ordre (Order): Amoebida
Família (Family): Entamoebidae
Gènere (Genus): Entamoeba
Esp$egrave;cie (Species): E. terrapinae


Entamoeba és un gènere que avarca totes les amebes endoparasitàries. Un gran nombre d’espècies d’aquest gènere són paràsits de l’intestí humà. La diferenciaci$oacute; entre les espècies d’Entamoeba és molt important per un diagnòstic acurat dels pacients. Clàssicament, hi ha una sèrie de criteris que permeten la identificació de les espècies d’Entamoeba:

-la identitat de l’hoste
-la mida del trofozoit i del quist
-la morfologia nuclear
-el nombre de nuclis al quist madur
-la morfologia del que s’anomena cossos cromatoides que apareixen durant l’enquistament

Entamoeba terrapinae $eacute;s un comensal de les tortugues. Molt poc es coneix d’aquesta espècie excepte que, basant-nos en estudis de rDNA, no està específicament relacionada amb cap altre espècie d’Entamoeba en estudi.



G.Intestinalis

Esquema de la Sintesi
Regne (Kingdom): Protozoa
Filum (Phylum): Sarcomastigophora
Classe (Class): Zoomastigophora
Ordre (Order): Diplomonadida
Família (Family):Hexamitidae
Gènere (Genus): Giardia
Espècie (Species): G. lamblia


Giardia lamblia (coneguda també com a Giardia intestinalis) és un protozou flagelat paràsit que infecta el tracte gastrointestinal i causa la giardiasi.Té mitosomes com a orgànuls cel·lulars. Presenta un tamany inferior a 20 μm. No tenen certs orgànuls com les mitocòndries o l’aparell de Golgi. Únicament té un hoste, és cosmopolita i té dues formes de vida en el seu cicle vital:Trofozoit i quist. S’alimenta per fagocitosi i pinocitosi del contingut intestinal a travçés de la superfície dorsal.Es reprodueix per divisió binaria longitudinal. Es reprodueix tant ràpid que en poc temps poden formar-se milions de paràsits. No presenten reproducció sexual.

Giardia lamblia és un protozou paràsit dels éssers humans i altres mamífers que es creu que és un dels organismes eucariotes més primitius existents. Tot i que clarament eucariotes, és notable la seva falta de mitocòndries, nuclèols, i perixosomes. S'ha suggerit que la Giardia spp. són pre-organismes mitocondrials. Els trofozoïts de Giardia tenen dos nuclis que són idèntics en tots els aspectes que han estat estudiats. Són poliploides amb almenys quatre, i fins i tot vuit o més còpies de cada un dels cinc cromosomes per organisme i tenen un genoma estimat de 1,2 × 107 parells de bases d'ADN, i el contingut de GC és del 46%. Hi ha evidència de la recombinació en els telòmers d'alguns dels cromosomes, i variants de múltiples mides dels cromosomes individuals han estat identificadess dins de clons aïllats.



M.Brebicolis

Esquema de la Sintesi
Regne (Kingdom): Fungi/Metazoa group
Filum (Philum): Choanoflagellida
Ordre (Order): Codonosigidae
Gènere (Genus): Monosiga
Espècie (Species): Monosiga brevicollis



Els Coanoflagelats són protistes molt abundants i estan distribuïts a nivell mundial en ecosistemes maris i d’aigua dolça. Com els coanòcits (esponja), cada cèl·lula duu un flagel apical, envoltat per un collaret distintiu d’actina ple de microvellositats, amb la qual els coanoflagelats atrapen bacteris. L'ús d'aquest mitjà molt eficaç per a capturar la seva presa, els bacteris coanoflagelats tenen enllaços a nivells tròfics més alts i per tant tenen un paper crític en el cicle del carboni oce&nic i en la xarxa alimentària microbiana.

M. brevicollis presenta un genoma de 41,6 megabases (Mb),conté aproximadament el 9.200 gens i és comparable en grandària als genomes dels fongs filamentosos (30-40 Mb) i altres de vida lliure eucariotes unicel·lulars. Els genomes dels Metazoos són típicament m$eacute;s grans, amb exceptions. Els gens M. Brevicollis tenen diverses característiques distintives estructurals. Considerant que el genoma de M. brevicollis és compacte, els introns dels seus gens són gairebé tan rics com els dels gens humans (6,6 introns per M. Brevicollis per gen versus 7,7 introns per gen humà). Els introns de M. bevicollis són curt termini (un terme mitjà de 174 pb). Encara que M.brevicollis és estrictament unicel·lular, altres coanoflagelats facultatius formen colònies, i de la modulació d'aquestes associacions per la senyalització cel·lular, l'adhesió, regulació de la transcripció i les influències del medi ambient és poc conegut.



P.Ramorum

Esquema de la Sintesi
Regne (Kingdom): Stramenopiles
Filum (Phylum): Heterokontophyta
Classe (Class): Oomycetes
Subclasse (Subclass): Incertae sedis
Ordre (Order): Phytiales
Família (Family):Phytiaceae
Gènere (Genus): Phytophthora
Espècies (Species): P. ramorum


Phytophthora és del gènere Oomicets (motlles d'aigua) que, a través de l'evolució convergent, tenen similituds amb els fongs. No obstant això, els Oomicets no són fongs (com es creia en un principi), sinó que formen part d'Stramenopiles, un regne diferent de les plantes, fongs i animals que també inclou les diatomees i les algues marró-daurat.

Es coneixen 59 espècies de Phytophthora. Ataquen a centenars de diferents espècies de plantes, inclosos molts cultius. Els esforços de Seqüenciació del Genoma a JGI s'han centrat en dues espècies, P. Sojae i P. Ramorum. P. Sojae ha estat desenvolupat com una mena de model per al gènere, tenint en excel.lent lloc els recursos genètics i la genòmica (mapes genètics, les biblioteques BAC i seqüències EST). El P. ramorum particularment virulent està destruint roures costaners de Califòrnia, així com una gran varietat d'arbusts que habiten els ecosistemes de roure, l'alzina i amenaça els boscos a la Sierra Nevada.



P.Sojae

Esquema de la Sintesi
Regne (Kingdom): Chromalveolata
Filum (Phylum): Heterokontophyta
Classe (Class): Oomycetes
Subclasse (Subclass): Incertae sedis
Ordre (Order): Phytiales
Família (Family):Phytiaceae
Gènere (Genus): Phytophthora
Espècies (Species): P. sojae


Phytophthora sojae es un oomicet, diploid que té un genoma de 95 Mbp. és un patògen de plantes transmès pel terra que causa la putrició del tallo i l’arrel de la soja. Aquesta és una malaltia prevalent en la majoria de regions de cultiu de la soja i una causa important de la pèrdua de la collita. En condicions d’humitat el patògen produeix zoospores que es mouen en el terra i són atrets per les arrels de la soja. Les zoospores es poden adherir a les arrels, germinen i infecten els teixits de la planta. Phytophthora sojae també produeix oospores que poden restar latents en el terra durant l’hivern, o més, i germinen quan les condicions són favorables. Les oospores també poden propagar-se pels animals o la maquinària.



P.Falciparum

Esquema de la Sintesi
Regne (Kingdom): Protista
Superfílum (Superphilum): Alveolata
Fílum (Philum): Apicomplexa
Classe (Class): Aconoidasida
Ordre (Order): Haemosporida
Família (Family): Plasmodiidae
Gènere (Genus): Plasmodium


Plasmodium és un protozou paràsit del qual es coneixen més de 175 esp&egarve;cies. El pàrasit sempre té dos hostes en el seu cicle vital; un mosquit qua actúa com a vector i un hoste vertebrat. Hi ha unes 10 espècies que infecten l'ésser humà provocant la malaltia de la malària essent l'espècie més virulenta P. Falciparum sobretot en l'Àfrica subsahariana.

La malària és transmesa per el mosquit Anopheles, es poden observar diferents fases evolutives, des de la reproducció del paràsit en el mosquit fins l'interior dels hepatòcits i l'interior dels glòbuls vermells de l'hoste hum&agarve;.



T.Annulata

Esquema de la Sintesi
Regne (Kingdom):  Eukaryota
Filum (Phylum):Alveolata
Classe (Class): Apicomplexa
Subclasse (subclass): Aconoidasida
Ordre (Order):Piroplasmida
Família (Family): Theileriidae
Gènere (Genus):Theileria
Espècie (Species): T. annulata


Theileria annulata és un paràsit protozou intracel·lular. Presenta un genoma de 8,3 Mb , compost de quatre cromosomes haploides. Causa una malaltia greu i sovint mortal al bestiar de països tropicals i subtropicals, la theileriosis tropical. El paràsit es transmet per garrapates que injecten esporozoïts infectius. Aquests, invaeixen els limfòcits i es diferencien en esquizonts, els quals resideixen de forma lliure al citoplasma de la cèl·lula hoste.

La infecció dóna lloc a una malaltia limfoproliferativa. Es produeix un augment de la capacitat presentadora d’antigen de les cèl·lules infectades que indueix la proliferació de les cèl·lules T. Els leucocits adquireixen la capacitat de proliferar contìnuament i es tornen independents a la estimulació antigènica i als factors de creixement exògens. Les cèl·lules infectades per Theileria mostren característiques semblants a les cèl·lules tumorals. Una característica única de les cèl·lules transformades per Theileria $eacute;s que la transformaci´ és completament reversible. El tractament terapèutic només és eficaç en les primeres etapes de la infecció i es basa en vacunes amb la forma del paràsit viu.



T.Parva

Esquema de la Sintesi
Domini(Domain): Eucariota
Regne (Kingdom): Chromalveolata
Superfilum (supephilum): Alveolata
Filum (Philum): Apicomplexa
Classe (Class): Aconoidasida
Ordre (Order): Haemosporida
Família (Family): Theileriidae
Gènere (Genus): Theileria
Espècie (Species): parva


Theileria parva es un paràsit protozou que causa la febre de la costa oriental, una malaltia limfoproliferativa que afecta al ramat boví. El paràsit és transmés via la garrapata Rhipicephalus appendiculatus. El paràsit es reprodueix a les glàndules salivals de la garrapata i la malaltia entra a l’animal per la mateixa saliva. Un cop dins l’animal, els paràsits Theileria invaeixen el sistema limfàtic on es multiplican i interfereixen en la immunitat de l’animal.

El cicle de vida de Theileria parva comença en l’estadi de espor&oghrave;zit, es produeix en grans quantitats en les cèl·lules acinars de les glàndules salivals de les garrapates infectades, les quals són inoculades amb saliva durant la picadura entrant ràpidament als linfòcits, on es transformaran en esquizons. Els limfòcits infectats es transformen en linfoblastes, es divideixen en conjunció amb els esquizons originant dues cèl·lules filles infectades. Aquest procés és denominat transformació reversible induïda pel paràsit. A partir del dia 14 de la infecciò, els esquizons produeixen merozits que invaeixen els eritròcits. Els eritròcits infectats són ingerits per les garrapates en els estats de larva o ninfa tenint en els seus intestins un cicle de reproducció sexual per produir zigots mòbils que infectaran les glàndules salivals en el següent estadi d’adult.



T.Cruzi

Esquema de la Sintesi
Regne (Kingdom): Chromalveolata
Filum (Phylum): Euglenozoa
Classe (Class): Kinetoplastea
Ordre (Order): trypanosomatida
Família (Family):Trypanosomatidae
Gènere (Genus): Trypanosoma
Espècie (Specie): T.cruzi


Tots els membres de l'ordre cinetoplàstida estan caracteritzats per la presència d'un orgànul peculiar que els defineix, anomenat cinetoplast. El gènere Trypanosoma es caracteritza per utilitzar dos hostes, un en vertebrats i l'altre en invertebrats, per a completar el seu cicle de vida. Existeixen 4 formes morfològiques principals dels tripanosomas: tripomastigot, epimastigot, promastigot i amastigot. El cinetoplast és una malla o xarxa d'ADN extranuclear localitzada en un punt específic de la mitocondria (única en aquests casos). La malaltia de Chagas és una zoonosis causada per T. cruzi, paràsit protozoari que es localitza exclusivament en el continent americà.



T.Pseudonana

Esquema de la Sintesi
Regne (Kingdom): Stramenopiles
Filum (Philum): Bacillariophyta
Classe (class): Coscinodiscophyceae
Ordre (Order): Thalassiosirophycidae
Família (Family): Thalassiosirale
Gènere (Genus): Thalassiosiraceae
Espècie (Species): Thalassiosira pseudonana


Les diatomees són algues unicel·lulars amb plastidis adquirits per endosimbiosis secundària. Són responsables del 20% de la fixació del carboni mundial. Thalassiosira pseudonana presenta un genoma nuclear de 34 milions de parells de bases, en 24 cromosomes diploides nuclears, 129 mil parells de bases dels plastidis i 44 mil parells de bases de genoma mitocondrial. Es van identificar gens nous per al transport de l'àcid silícic i la formació de base de sílice en les parets de les cèl·lules, l'absorció de ferro d'alta afinitat, enzims de la biosíntesis de diversos tipus d'àcids grassos poliinsaturats, l'ús d'una sèrie de compostos nitrogenats, i un complet cicle de la urea, tots els atributs per tal que les diatomees puguin prosperar en ambients aquàtics. Es troben en ambients marins i d’aigua dolça. La seqüència del genoma de T.pseudonana es va conèixer recentment, revelant una gran quantitat d'informació sobre la biologia de les diatomees.