El selenio es un nutriente esencial para muchos microorganismos y también para organismos eucariotas. La falta de dicho nutriente está relacionada con diferentes enfermedades como la enfermedad de Keshan o la de Kashin-Beck. Por otro lado, el exceso de selenio provoca efectos tóxicos y conduce a la intoxicación por selenio.

El selenio se puede incorporar en la cadena polipeptídica de una proteína formando parte de la Selenocisteína. La Selenocisteína (Sec) es el aminoácido número 21. Estructuralmente es idéntico a la Cisteína con la diferencia que presenta un átomo de selenio en el lugar del azufre de la Cisteína. El codón que codifica para este aminoácido es el UGA que, normalmente codifica para un codón de parada, pero en determinadas ocasiones lo hace para la Sec. Es esta la razón que explica que muchas selenoproteínas hayan estado mal anotadas.

Las proteínas que incorporan el aminoácido Selenocisteína en cualquier posición son las Selenoproteínas. Estas proteínas están implicadas básicamente en reacciones de óxido-reducción; la mayoría son oxidoreductasas que previenen del daño a los componentes celulares, reparan este daño y regulan el estado óxido-reducido de diferentes proteínas.

Las selenoproteínas aparecen de manera muy amplia a lo largo de la evolución. Podemos encontrarlas en todos los linajes: Archaea, Bacteria y Eukaryota. Igualmente, no todas las especies tienen. Por ejemplo, dentro de los eucariotas, no encontramos selenoproteínas en levaduras ni plantas superiores ya que no tienen (han perdido) la maquinaria necesaria para la síntesis de Selenocisteína. En su lugar, encontramos proteínas homólogas que contienen el residuo de Cisteína en lugar de Selenocisteína. Lo mismo ocurre en las especies procariotas.

Elemento SECIS (Sec insertion sequence): estructura tridimensional característica del mRNA que codifica para selenoproteínas de la región 3'UTR (en eucariotas) y en posición downstream del codón UGA (en bacterias) necesario para que el codón UGA codifique para Sec, en lugar de un codón de finalización de la transcripción. Este elemento no tiene una secuencia característica pero sí una estructura secundaria determinada de bucle. En eucariotas podemos encontrar dos tipos de SECIS: tipo I y tipo II. Éste último es más común y tiene un bucle adicional en su extremo.

Estructura típica de una selenoproteína:

Síntesis de selenoproteínas

SECIS recluta a la proteína SBP2 (Secis binding protein), que une a eEFsec (factor de elongación de Sec eucariota) y éste acerca el tRNA de Sec al codón UGA. El tRNA incorpora la Sec a la cadena de aminoácidos sin que el ribosoma interprete el codón UGA como codón Stop. La traducción de la proteína continúa hasta el siguiente codón stop.

Podemos distinguir dos grupos de selenoproteínas según la posición de la Sec. Grupo I: residuo de Sec cerca de la región C-terminal (Sel K, S, O, I, R, TRs, etc.). Grupo II: Sec cerca del extremo N-terminal ( Sel H, M, T, V, W, etc.).

Esquema de la traducción de una selenoproteína:

Podemos encontrar algunas selenoproteínas en la base de datos selenodb. En nuestro proyecto nos hemos dedicado a la búsqueda de tres de ellas: SelT, SelV y Sel W.

• Sel T

En estudios con ratones, SelT se expresa sobretodo en el retículo endoplásmico en tejidos como el cerebro, glándulas adrenales, órganos reproductores, etc. SelT es up-regulada por PACAP (pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide) y también por cAMP en un proceso dependiente de Ca²⁺. SelT induce la secreción neuroendocrina. Además, también regula la actividad redox en estas células.

• Sel V

Se encuentra en el tejido testicular. Su función es desconocida, aunque podría estar relacionada con la regulación de la actividad redox. Se ha visto que SelV presenta mucha homología con Sel W.

• Sel W

La selenoproteína W es una selenoproteína pequeña, de 85 a 88 aminoácidos, que se identificó por primera vez en una oveja. Más tarde se encontró en humano, peces, en el alga Chlamydomonas y en parásitos eucariotas como la Leishmania y el Tripanosoma.

La selenoproteína W en humanos se encuentra en el cromosoma 19q13.3 y se expande 6,3Kb. El gen carece de las cajas TATA y CAAT pero se han encontrado diferentes zonas para la unión de factores de transcripción en el promotor de SelW, que incluyen la proteína de especificidad 1 (Sp1), el elemento de respuesta al metal (MRE), el factor de transcripción II-1, el elemento de respuesta a glucocorticoides, el activador de proteína 1 y el factor hepático A1.

Por lo que hace a la distribución de SelW en el cuerpo, los niveles más altos de SelW se encuentran en el músculo y el corazón (excepto en roedores). También la encontramos en el bazo y en el cerebro en menores proporciones.

La función biológica exacta de SelW no ha sido del todo identificada pero existen diversas posibilidades. El hecho de que SelW está S-glutationizada sugiere una función redox. Además existen datos que infieren diferentes funciones como antioxidante ante el peróxido de hidrógeno, como respuesta contra el estrés; también participa en la inmunidad celular de células T y en el desarrollo del feto. Finalmente se ha encontrado que el metilmercurio causa una down-regulation de SelW.

Existen dos subfamilias de Sel W: SelW1 y SelW2.