SELENOPROTEÏNES
Les selenoproteïnes són proteïnes que incorporen l'aminoàcid selenocisteïna, el qual és un anàleg de la cisteïna, però enlloc de presentar un àtom de sofre en la seva molècula, conté un àtom de seleni. La selenocisteïna (Sec - U) és considerat l'aminoàcid 21. El codó que codifica per aquest aminoàcid és UGA, que normalment codifica per una codó stop.
El seleni és un element metàl·lic que constitueix un nutrient essencial en la majoria dels éssers vius. La majoria de les selenoproteïnes participen en reaccions redox, de manera que el seleni presenta gran capacitat antioxidant. El dèficit de seleni pot causar la malaltia de Keshan (necrosi miocàrdica) i grans quantitats d'aquest element poden ser tòxiques per l'organisme. Alhora, el seleni presenta un paper important en la reducció de l'expressió viral, en la prevenció de problemes cardiovasculars i en trastorns musculars, també sembla ser un agent quimioprotector contra el càncer.
L'inici de les selenoproteïnes es remunta a l'any 1973 i des de llavors s'han caracteritzat unes 30 famílies de selenoproteïnes en eucariotes, tot i que segurament n'existeixen més. S'han identificat selenoproteïnes en els tres regnes següents: Eukarya, Archaea i Prokarya. El nombre de famílies de selenoproteïnes pot arribar a variar molt depenent de l'espècie. En plantes no s'han descrit selenoproteïnes, mentre que certs organismes com ara alguns peixos i algues presenten fins a més de 30 selenoproteïnes.
Les selenoproteïnes i tot el que comporten és un camp de la biologia força complicat, bàsicament perquè es desconeix si són proteïnes ancestrals i es van perdent o per contra, si en van apareixent de noves. Actualment, el seu estudi se centra en esbrinar els patrons evolutius que presenten, així com donar resposta a preguntes com ara, per què l'espècie C. elegans conserva tota la maquinària necessària per sintetitzar un sola selenoproteïna?
BIOSíNTESIS DE SELENOPROTEïNES
La selenocisteïna és un aminoàcid, de manera que cal un codó encarregat d'informar que s'ha d'introduir la selenocisteïna en aquella posició. El codó que la codifica és l'UGA (el qual normalment és un codó STOP). En el cas de la selenocisteïna, què succeeix perquè no sigui reconegut com a STOP?
La recodificació del codó UGA com a codó de l’aminoàcid selenocisteïna és mediada en eucariotes per una estructura tridimensional a la regió 3’ UTR del gen i en bacteris situada downstream després del codó UGA. Aquesta estructura rep el nom de SelenoCystein Insertion Sequence (SECIS element), és una estructura tridimensional en forma de loop formada per uns 60 nucleòtids. En el core de l'element SECIS es troben 5 aminoàcids molt ben conservats, la funció dels quals és dirigir la maquinària de transcripció per tal que el codó UGA sigui reconegut com a selenocisteïna i no com a codó STOP. Hi ha una gran varietat d'elements SECIS en funció de l'estructura de cada selenoproteïna.
Aquest element recluta una proteïna anomenada SECIS binding protein (SBP2), la qual s’uneix a un factor d’elongació específic de selenoproteïnes (Efsec). Aquest aproxima el tRNA de la selenocisteïna al codó UGA del mRNA de les selenoproteïnes i en determina la seva traducció a selenocisteïna. La traducció del mRNA continua fins que el ribosoma reconeix un nou codó de terminació.
El tRNA se sintetitza a partir del tRNA de la serina. Hi ha altres proteïnes que participen específicament en la síntesi de la selenocisteïna, són la selenofosfat sintetasa (SPS1 i SPS2), la selenocisteïna sintasa (SLA/LP), la fosfoseril tRNA quinasa (PTSK) i la proteïna associada a selenocisteïna (SECP43).
FAMíLIES DE SELENOPROTEïNES ESTUDIADES
El nostre grup de treball ha abordat les següents famílies de selenoproteïnes: Sps, SelK i selU.
Família SelU
La família SelU té una distribució esbiaixada pel regne animal considerant si tenen cisteïnes o selenocisteïnes. Les seqüències obtingudes de mamífers, plantes terestres, artròpodes, cucs, amfibis i tunicats tenen homòlegs de selenoproteïna amb cisteïna, mentre que les de peixos, aus, equinoderms, algues verdes i diatomees contenen selenocisteïna. En principi, els llevats i les mosques no tenen selenoproteïnes de cap tipus, i en destaca un protist, T.Pseudonana, que sí que en té.
Família sps
La selenoproteïna selenofosfat sintasa (Sps) és un enzim amb la funció d'incorporar l'aminoàcid selenocisteïna a les selenoproteïnes que es tradueixen. Per catalitzar-ho, disposa del grup monoselenofosfat que actua de donador de seleni en la majoria de reaccions biològiques.
Hi ha dues formes de sps: sps1, que no té selenocisteïna, i sps2, homòleg de SelD en mamífers. Mentre que sps1, segons molts estudis, no té un paper clar en la biosíntesi de selenoproteïnes i sembla que la seva funció més important és l'antioxidativa i de reciclatge de selenocisteïnes, Sps2 té una participació clau en la síntesi de selenofosfats. Sps2 sintetitza selenofosfat a partir de seleni i està involucrada en la síntesi de novo.
D'aquesta manera, s'ha vist que knock downs de sps2 tenen inhibida la biosíntesi de selenoproteïnes, mentre que knock downs de sps1 no la tenen afectada. A més, un knock down sps2 no es pot complementar amb la funció de sps1.
A vegades, enzims de la sps són anomenats selenide water dikinase, que són proteïnes que tenen com a substrat selenide, aigua i ATP per a produïr fosfat, AMP i selenofosfat.
Família selK
La família de selenoproteïnes K (SelK) es troba en nombroses espècies d'eucariotes superiors. Tots els membres es caracteritzen per ser d'un tamany petit, d'aproximadament 95 aminoàcids, i per tenir un motiu transmembrana. A causa d'això, són proteïnes que es troben a la membrana plasmàtica o, també freqüentment, al reticle endoplasmàtic. En funció de l'espècie, la proteïna compleix diferents funcions. En Drosophila melanogaster participa en el seu desenvolupament, mentre que en Mus Musculus juga un paper protector contra l'estrès oxidatiu. Finalment, en Homo Sapiens s'ha vist que SelK redueix la producció de Reactive Oxygen Species i protegeix els cardiomiòcits de la citotoxicitat produïda per l'estrès oxidatiu.
EL REGNE DELS PROTISTES
Els protists són un grup immens d'eucariotes simples, els quals per les seves característiques no s'agrupen sota cap dels tres regnes clàssics d'eucariotes (Animalia, Plantae i Fungi). Presenten estructures unicel·lulars, pluricel·lulars o colonials (sense formar teixits especialitzats). La variació interespecífica dins d'aquest regne és molt gran, poden ser heteròtrofs o autòtrofs (la majoria), aeròbics (la majoria) o anaeròbics, reproduir-se per mitosis asexualment o per meiosis. La majoria viuen en ecosistemes aquàtics o en ambients terrestres humits.
Els protistes presenten una distribució molt diversa de selenoproteïnes i s'empren els seus genomes per poder-les identificar. A continuació, s'observa un arbre filogenètic que conté tots els microorganismes dels quals s'ha estudiat la presència de selenoproteïnes en el seu genoma. El nostre treball estudia els 14 microorganismes senyalats en blau.
Albugo laibachii
És tracta d'una espècie del gènere oomicet que no pertany al grup dels fongs vertaders (eumycota), tot i que hi ha força discussió en aquest tema. Aquest gènere és paràsit de plantes i pot causar patologies com la malaltia de les ampolles blanques.
L'espècie laibachii es coneix per ser un paràsit recurrent d' Arabidopsis thaliana, una espècie de planta molt estudiada, i per causar-li entre d'altres, la malaltia de l'òxid blanc. Degut a això, es produeixen constantment pèrdues economiques importants en el sector agrícola, i és en part la causa de l'interès per seqüenciar el genoma d'aquesta espècie.
Astrammina rara
Es troba dins del grup dels protozous foraminífers, els quals es troben en la majoria dels ecosistemes marins. En aquest cas, l'Astrammina rara viu als ecosistemes Antàrtics. Usa una complexa xarxa ramificada de pseudopodis (reticulopodia) per tal de capturar i digerir des de metazous fins a petits invertebrats. és una característica molt interessant d'aquesta espècies, que gràcies als seus pseudopodes durs, elàstics i enganxosos sigui capaç de subministrar-se nutrients de tant dissolvents orgànics com de criatures multicel·lulars molt més grans.
Crithidia fasciculata
Les diferents espècies del gènere Crithidia és caracteritzen per parasitar exclusivament artròpodes,
principalment insectes. Crishidia fasciculata parasita únicament el mosquit. Passa d'hoste a hoste, fins
que els cists infecten el tracte digestiu del mosquit on hi interactuen amb l'epiteli instestinal usant
el seu flagel. Presenten una baixa especificitat d'hoste, de manera que poden infectar moltes espècies
de mosquits.
El seu cicle cel·lular és diferenciat morfològicament en dos estadis: la forma lliure "choanomastigote"
i la forma immòbil adherida a l'epiteli intestinal "amastigote". Aquesta última s'excreta amb la femta i
és quan les larves de mosquits a l'ingerir-ho, s'infecten.
Dictyostelium discoideum AX4
És una espècie d'ameba que pertany al fílum Mycetozoa. Comunament se'l coneix com a moho babós. Es tracta d'un eucariota que passa d'una agrupació unicel·lular d'amebes a una babosa multicel·lular. Se'l troba bàsicament al sòl i a la fullaraca humida. Presenta un cicle cel·lular asexual que consisteix en quatre estadis: vegetatiu, agregació, migració i culminació. El seu cicle vital és relativament curt, cosa que facilita l'estudi dels diferents estadis. Alhora la simplicitat del seu cicle cel·lular el fa ser un organisme model per estudiar la genètica, la biologia cel·lular, així com els processos bioquímics.
Dictyostelium fasciculatum
Pertany al grup de protistes de moho mucilaginós. En presència d'aliment abundant es troben en forma d'amebes individuals, s'alimenten i divideixen normalment. Ara bé, quan la font d'aliment s'esgota, s'agrupen formant un agregat multicel·lular (seudoplasmodi), el qual pot migrar i respon a la llum i a la temperatura. Sota certes condicions, el seudoplasmodi pot formar espores, que són cèl·lules inactives protegides per parets cel·lulars resistents, que es transformaran de nou en amebes quan l'aliment torni a estar disponible.
Fragilariopsis cylindrus
Es tracta d'una espècie de diatomea (alga microscòpica) típica d'aigua freda, que es troba en els oceans Àrtic i Antàrtic.
Fins ara, els procariotes són els únics organismes psicròfils pels que s'ha seqüenciat el seu genoma. És per això que la seqüenciació d'aquesta espècie, entre d'altres, ha de proporcionar informació sobre la fisiologia dels eucariotes adaptats a climes polars, i sobre possibles aplicacions biotecnològiques i de valoració de l'impacte de l'escalfament global.
La valoració de l'escalfament global és d'especial importància ja que les diatomees són les responsables d'un 20% de la fotosíntesis global. En ecosistemes com l'àrtic, en el que degut al permafrost i els glaciars la fotosíntesi terrestre està limitada, això és de gran importància. Les diatomees, com a conseqüència, conformen la base de la xarxa alimentària polar i del segrest de carboni. Ja que les regions polars estan afectades per l'escalfament global més que cap altre regió, és interessant veure si aquests microorganismes han hagut d'adaptar-se més o menys al canvi climàtic, i extreure'n conclusions.
Gregarina niphandrodes
La subclase gregarina o gregarinasina és un grup protista de paràsits del fílum Apicomplexa. Són paràsits grans, d'alrededor de mig milímetre, que habiten els intestins de nombrosos invertebrats. No parasiten a éssers humans. Són éssers mòvils que comparteixen característiques amb Toxoplasma i Plasmodium en l'àmbit del complex de proteines que fan servir per moure's entre les cèl·lules que parasiten. és per aquest interès indirecte en les malalties de toxoplasmosi i malària que hi ha hagut interès en seqüenciar-ne el genoma.
Ichthyophthirius multifilis
És una espècie que viu parasitant els peixos d'aigua dolça. Es localitza a la pell i inicia el seu cicle de desenvolupament, produint un quist visible de color blanc, que al madurar explota alliberant nous paràsits que infecten altres exemplars. és el que es coneix com a malaltia del punt blanc. Aquests punts blancs brillants, de fins a 1mm de diàmetre, apareixen al llom i les aletes sobretot, i poden arribar a ser tòxics per les persones que consumeixin el peix hoste. Aquesta és una de les raons de l'interès per seqüenciar el genoma d'aquests protistes.
Leishmania donovani
Aquest protista causa la malaltia de leishmaniasis visceral (febre negre). El vector principal d'infecció és la mosca de la sorra i les seves víctimes són els vertebrats (marsupials, cànids, roedors i primats). El paràsit migra a l'interior dels òrgans com el fetge i la medul·la òssia, tot provocant la mort sinó es tracta. Té un cicle cel·lular on varia molt la seva morfologia, en els vertebrats es troben sense flagel i en forma d'amastigots, aquests es fusionen amb els lisosomes, formant els fagolisosomes.
Leishmania tarentolae
Aquest protista causa la malaltia de leishmaniasis (febre negre). El vector principal d'infecció és la mosca de la sorra i les seves víctimes són els vertebrats (marsupials, cànids, roedors i primats). El paràsit migra a l'interior dels òrgans com el fetge i la medul·la òssia, tot provocant la mort sinó es tracta. Té un cicle cel·lular on varia molt la seva morfologia, en els vertebrats es troben sense flagel i en forma d'amastigots, aquests es fusionen amb els lisosomes, formant els fagolisosomes.
Physarum polycephalum
Es tracta d'un moho mucilaginós del grup Myxomycota, freqüenment denominat moho de múltiples caps. Es troba en zones de sombra, fresques i humides, com la fullaraca o els troncs en descomposició. En general és de color grogós, i s'alimenta de fongs, bactèries i altres microbis. és un organisme fàcil de fer crèixer en cultius i s'utilitza d'organisme model pels estudis de circulació ameboide i movilitat cel·lular.
és conegut per haver protagonitzat un estudi realitzat per investigadors japonesos i publicat en la revista Science el gener de l'any 2010. En aquest, es va aprofitar la seva habilitat de produir túbuls que uneixen les colònies del moho amb les seves fonts d'aliments, i la seva aversió a la llum. Es va utilitzar una placa transllúcida que reproduïa els accidents geogràfics de Tokio i els seus alrededors amb més o menys intensitat llumínica, i es va posar fonts d'aliment en les posicions de Tokio i les ciutats satèl·lit. El resultat va ser que el moho va construir la seva red de túbuls de manera molt propera a la xarxa ferroviària existent.
Phytophthora capsici
Es tracta d'un oomicet (protista filamentós semblant als fongs) que és patogen d'un ampli rang d'espècies de plantes com patates, tomàquets, roures, cocoters, pins, etc. Pot causar malalties com la mort repentina del roure o el "tizón tardío".
Sphaeroforma arctica
Es tracta d'un protista que es va aïllar d'un amfípode marí de l'oceà àrtic, Gammarus setosus. Els anàlisis revelen que es tracta d'un membre dels ichthyosporeans, un grup proper als animals multicel·lulars (metazous). De fet, aquest microorganisme té la capacitat de formar colònies semblants a entitats multicel·lulars. Aquestes colònies pseudo-multicel·lulars poden arribar a comprendre més de 30 cèl·lules. L'interès de la seqüenciació d'aquest protista s'origina, doncs, de l'estudi dels gens clau en la consecució de la multicel·lularitat.
Trypanosoma congolense
És un protozou paràsit que infecta principalment a vaques, cavalls, camèlids i gats. Causa la "nagana" en
animals, és semblant a la malaltia de la son que pateixen els humans. Viu als vasos sanguinis i causa
anèmia. La mosca tsetse és l'espècie principal de propagació del Trypanosoma congonlense.
