Introducció

Les Selenoproteïnes

Què són les selenoproteïnes?
El paper del seleni
Anotació i predicció
Maquinària necessària
Famílies de selenoproteïnes
Protists

1. Què són les Selenoproteïnes?

Les selenoproteïnes són proteïnes que incorporen l'aminoàcid selenocisteïna (Sec o U), que és considerat l'aminoàcid 21. La selenocisteïna és molt similar a la cisteïna, de fet només es diferencien en què la selenocisteïna enlloc de tenir un residu de sofre té un residu de seleni.

Figura 1. Cisteïna i Selenocisteïna.

2. El paper del Seleni

El seleni és un micronutrient essencial pels animals i altres organismes. El seleni està implicat en diversos processos cel·lulars com els sistemes antioxidants, el metabolisme tiroideu i el sistema immunitari. A més s'ha demostrat que existeix una correlació entre l'ingesta de suplements de seleni i la prevenció d'alguns tipus de càncer en humans. Tan el dèficit com l'excés d'aquest aminoàcid té efectes perjudicials per la salut. Un dèficit pot casuar malalties com la de Keshan, mentre que l'acumulació de seleni pot resultar tòxic. Les selenoproteïnes són la forma principal en què es troba el seleni en el nostre organisme, per la qual cosa podem afirmar que en part les selenoproteïnes són essencials per a la vida.

3.Anotació i predicció

La selenocisteïna és codificada pel codó UGA, que també codifica per una senyal de terminació de la traducció. Això fa que molts dels genomes seqüenciats estiguin mal anotats, ja que algunes selenoproteïnes estan considerades com a STOPs. Per solucionar aquest problema, la cèl·lula disposa d'un mecanisme per interpretar quin és el significat del codó UGA: els elements SECIS (SElenoCystein Insertion Sequence). Els SECIS són una estructura tridimensional situada en l'extrem 3' no traduït (3'UTR) dels mRNAs dels gens que codifiquen per selenoproteïnes. En el core de l'element SECIS hi ha 4 nucleòtids conservats, la funció dels quals és dirigir la maquinària de traducció per tal que el codó UGA sigui reconegut com a selenocisteïna i no com un codó de STOP.

Figura 2. Diferents tipus d'elements SECIS en funció de cada família de selenoproteïnes.Es pot observar la gran variabilitat que hi ha entre ells.

El procés s'inicia quan aquest element recluta a una proteïna anomenada SECIS Binding Protein (SBP2), que, al seu torn, reculta el factor d'elongació específic d'aquestes proteïnes (Efsec). Aquest factor d'elongació és l'encarregat d'apropar el tRNA de la selenocisteïna (tRNASec) amb la selenocisteïna unida. Finalment el ribosoma en comptes de finalitzar la traducció de la cadena polipeptídica perquè ha trobat un codó UGA, reconeix aquest codó UGA com a selenocisteïna i continua la lectura de la cadena polipeptídica fins al següent codó STOP.

Figura 3. Incorporació de la selenocisteïna a la selenoproteïna.

Els elements SECIS en els organismes eucariotes i en archeabactèries estan presents a les regions 3' UTRs dels gens, generalment a uns 4000 nucleòtids del codó UGA, tot i que la distància és variable. En bactèries en canvi, els elements SECIS es troben a la regió codificant immediatament després del codó STOP, a uns 20-25 nucleòtids.

4.Maquinària necessària

Per a la biosíntesis de les selenoproteïnes són necessàries les següents proteïnes:

Per a la síntesis de la selenocisteïna: SPS1, SPS2, SLA/LP i Sec43p
Per a la incorporació de la selenocisteïna a la selenoproteïna: Efsec, SBP2 i tRNAsec.
L'element SECIS

Les selenoproteïnes estan presents en els tres dominis de la vida: archea, eubacteria, eukarya. No obstant, entre uns organismes i altres varia el nombre de selenoproteïnes que es coneixen. Per exemple, es troben 25 selenoproteïnes en mamífers, 3 en D.melanogaster i 1 en C. elegans.

5.Famílies de selenoproteïnes

FAMÍLIA LMSEL1

La identificació de selenoproteïnes en la classe Kinetoplastea (dins la qual trobem el gènere Leishmania) és relativament nova. Recentment s'han reportat proves que demostren la presència de selenoproteïnes en Kinetoplastea Leishmania . S'han trobat seqüències codificants per elements SECIS en el genoma d'espècies com Leishmania major i Leishmania infantum. Altres proves que demostren l'existència de selenoproteïnes és la incorporació de 75Se en les proteïnes de Leishmania i la presència de maquinària necessària per a la síntesi de selenocisteïna com el tRNASec, PSTK i Secp43.

Aquestes evidències van conduir a descobrir la proteïna Lmsel1 en Leishmania major, seqüència que ha estat emprada per a la realització del projecte.

FAMÍLIA TR

Les Thioredoxin Reductases (TR o TrxRs) són una família de flavoproteïnes Pyridine nucleotide-disulphide oxido-reductases que contenen seleni. Aquestes proteïnes tenen el mateix mecanisme i sequència idèntica, inclosa una domini redox catalític conservat de seqüència -Cys-Val-Asn-Val-Gly-Cis-, a les Glutathione reductases.

Les TR catalitzen la reducció depenent de NADPH de les proteïnes Tioredoxines, així com també d'altres compostos endògens o exògens. L'àmplia especificitat de substrat de les TR de mamífers és deguda a un segon domini redox catalític situat en C-terminal i de sequència -Cys-SeCys- (on SeCys és una selenocisteïna). Aquest segon domini no es troba en Glutathione reductases ni en les TR d'E.Coli.

El rol que juguen les TR és molt important, ja que tenen funcions protectores contra les lesions oxidants, actuen com a factors de creixement cel·lular i són importants en el reciclatge de l'àcid ascòrbic de la seva forma oxidada. S'ha vist també que poden inhibir l'apoptosi degut a que les TR activen de manera directa al supressor de tumors p53.

En mamífers existeixen tres variants amb diferent funció i localització d'aquesta selenoproteïna: TR1, TR2,i TR3.TR1 es troba principalment al citosol, TR2 a nivell mitocondrial (on neutralitza l'estrès oxidatiu de la cèl·lula causat pels mitocondris) i TR3 es troba principalment en el cervell.

6.Protists

Els protists és un grup compost de diversos microorganismes eucariotes. Les espècies pertanyents al grup no guarden molta similaritat entre elles, només la seva organització senzilla: són unicel·lulars o pluricel·lulars sense teixits especialitzats. Els protistes és un grup molt heterogèni ja que està compost per espècies molt llunyanes entre sí. Aquest fet fa que els seus genomes siguin molt diferent entre sí.

La següent imatge mostra la relació filogenètica dels protsites en què hem estudiat la presència de les selenoproteïnes Lmsel1 i TR. A continuació s'inclou una breu descripció de cada espècie.

Figura 4. Filogènia dels protists a estudiar.

Fragilariopsis cylindrus

És una de les diatomees més abundants en els oceans Àrtic i Antàrtic. Són responsables d'una part important de la fotosíntesi que es dóna en els ecosistemes on viuen, i per tant responsables de la fixació del carboni. Serveixen com a base de tota la xarxa tròfica polar.

Phytophthora capsici

És un oomicet patògen de plantes que causa putrefacció d'espècies com els pebrots i altres plantes de la família de les Solanàcies i Cucurbatiàcies. Es propaga en ambients càlids i humits. Presenta un reproducció heterotàlica.

Albugo laibachii Nc14

És un tipus de ficomicet paràsit. Causa deformacions i úlceres en les plantes i afecta principalment les plantes del gènere arabidopsis.

Gregarina niphandrodes

Com a membre de la classe apicomplexa és un paràsit obligat. El seu hoste és Tenebrio molitor, conegut popularment com a cuc de la farina. El seu cicle reproductor consta d'una fase asexual i una altra de sexual que tenen lloc dins el seu hoste.

Ichthyophthirius multifiliis

És un protozou ciliat que viu parasitant peixos d'aigua dolça. És patògen i produeix uns quists de color blanquinós que exploten i alliberen nous paràsits en l'ambient que estan apunt per infectar nous peixos.

Sphaeroforma arctica

És un organisme unicel·lular que va ser aïllat de l'anfípode àrctic Gammarus setosus . Pertany a l'ordre dels Ichthyophonida, filogenèticament pròxims als animals multicel·lulars (Metazoa). Aquesta posició filogenètica permet que S.Arctica formi pseudo col·lònies multicel·lulars que comprenen més de 30 cèl·lules i que són alliberades al medi.

Physarum polycephalum

És una floridura mucilaginosa que habita en zones ombrívoles, fresques i humides. És habitualment groguenc i s'alimenta d'espores d'altres fongs, bactèries i altres microbis. És un organisme àmpliament utilitzat com a model per estudis de circulació ameboides i mobilitat cel·lular gràcies a la facilitat d'aquest per créixer en cultius.

Dictyostelium fasciculatum

És una floridura mucilaginosa que té un creixement ràpid i una àmplia distribució.

Dictyostelium discoideum

És una floridura mucilaginosa que habita en el sòl i en zones humides. S'alimenta principalment de bactèries (tals com E.coli) que troba en la matèria orgànica en descomposició. Té un únic cicle asexual ràpid compost de 4 fases. És un bon model per l'estudi genètic, cel·lular i de processos bioquímics en d'altres organismes.

Leishmania donovani

És un protozou que es comporta com a paràsit. Les formes menys desenvolupades d'aquests protozous, conegudes com a amastigots, estan mancades de flagels i es troben com a paràsits intracel·lulars de les cèl·lules reticulonedotelials. És la causa del kala-azar visceral en els éssers humans.

Leishmania tarentolae

D'igual forma que L.donovani , es comporta parasitant principalment damanes (de l'ordre de mamífers hiracoideus) tot i que també pot parasitar humans i altres espècies. Produeix leishmaniasis.

Trypanosoma congolense

És el principal patògen responsable de la malaltia nagana en el bestiar domèstic i altres animals. Aquest paràsit és transportat principalment per la mosca tsetse, que actua com a vector. En els mamífers, Trypanosoma congolense només pot viure en els vasos sanguinis, causant un determinat tipus d'anèmia.

Crithidia fasciculata

És una espècie de paràsit que pot infectar moltes espècies de mosquit. El podem trobar en dos estadis morfològics diferents, la forma nedant lliure que té motilitat (coanomastigot)i la forma immòbil (amastigot) que es troba en l'intestí del mosquit. Degut a que pertany al mateix ordre que leishmania i trypanosoma brucei és emprat per tal de fer recerca dels organismes de l'ordre trypanosomatida i així entendre millor la biologia de les espècies humanes infectives.

Astrammina rara

Astramina rara és un protozoo bentònic foramínifer que habita en zones Antàrctiques. Disposa d'una xarxa de fins pseudopodis que li permeten captar i digerir metazous que estan situats fins a 12 mm d'ell.

SELENOPROTEÏNES en protistes: TR i Lmsel1