1. La importància del Seleni
El seleni és un oligoelement essencial per a animals, microrganismes i altres eucariotes, present a les cèl·lules majoritàriament en forma de selenoproteïnes. S’han identificat processos on el seleni actua com a antioxidant en reaccions redox, així com una possible acció preventiva en certs tipus de càncer, com ara el de pròstata.
Degut a aquestes funcions en els organismes, qualsevol modificació en la seva disponibilitat, tant si hi a un excés com si hi ha una deficiència, comportarà una repercussió fisiològica. Així doncs, la deficiència de seleni pot provocar una patologia anomenada malaltia de Keshan, patologia molt prevalent a regions de la Xina on hi ha baixos nivells de seleni. Per altra banda, un excés de seleni també pot ser tòxic (selenosi).
2. Què són les selenoproteïnes?
Les selenoproteïnes són proteïnes que incorporen la selenocisteïna (aminoàcid 21). Han estat identificades en els tres dominis de la vida: eucariotes, procariotes i archaea. Tot i així, no trobem selenoproetïnes en llevats ni plantes superiors, i en el seu lloc trobem proteïnes que contenen el residu de cisteïna enlloc de la selenocisteïna.
Figura 1. Els tres dominis de la vida: Eucariotes, Procariotes (Bacteris) i Archaea.
La selenocisteïna és molt similar a la cisteïna amb l’única diferència que en comptes d’un grup sulfur (SH) presenta una molècula de seleni (SeH). El seleni i el sofre ocupen la mateixa columna a la taula periòdica dels elements, fet que els confereix propietats químiques similars, tot i que el seleni resulta ser un element més reactiu que el sofre. Aquest fet explica per què quan es busquen els gens ortòlegs de selenoproteïnes en altres organismes, a vegades es troben Cys enlloc de SeCys, ja que en ambdós casos les proteïnes tenen funcions similars.
Figura 2. Molècules de cisteïna i selenocisteïna.
La selenocisteïna està codificada pel codó UGA que normalment actua com a senyal de STOP, és a dir la terminació de la traducció. Malgrat això, en determinades ocasions UGA codifica per una selenocisteïna. En aquest cas, s’haurà de produïr una recodificació del codó per tal que no sigui interpretat com a codó STOP. És per aquest motiu que les selenoproteïnes normalment es troben mal anotades en bases de dades i hem de parar especial atenció per tal d’identificar-les correctament en els diferents genomes.
3. Biosíntesi de les Selenoproteïnes
La recodificació del codó UGA està mediada per una estructura tridimensional: l’element SECIS (SelenoCysteine Insertion Sequence). Aquest element es troba localitzat a la regió 3’-UTR dels gens de selenoproteïnes en eucariotes i archaea o immediatament després del codó UGA en bacteris (Mariotti, et a.l). Aquesta estructura pot variar segons la família de selenoproteïnes codificades, ara bé, presenta de forma conservada un loop intern en totes elles, amb un quartet d’aminoàcids en el core de SECS (A-G,G-A) i un doblet d’aminoàcids AA en el loop apical.
Figura 3. Estructures conservada de l’element SECIS i diferents tipus de estructures SECIS segons la familia de selenoproteïna codificada.
L'element SECIS és clau, com hem dit anteriorment, per tal que es codifiqui una selenocisteina i que no s’interpreti com un codó STOP. Aixi doncs, el procés s’inicia quan l’element SECIS recluta una proteïna anomenada SECIS Binding Protein (SBP2) que alhora incorpora un factor d’elongació específic (eEFsec), el qual s’uneix al tRNA específic de la selenocisteïna (tRNA sec) amb la selenocisteïna unida. Així doncs, quan es donen aquestes condicions, es continua traduïnt i es produeix l’aminoàcid selenocisteïna fins que arriba a un codó STOP real.
Figura 4. Procés d'incorporació de la selenocisteïna.
El tRNAsec es sintetitza a partir del tRNA de la serina. Una serina s’incorpora al tRNA mitjançant l’acció de la seril-tRNA sintetasa, aquesta serina és fosforilada per la fosfoseril-tRNA kinasa (PSTK) i finalment, gràcies a la selenocisteïna sintasa (SLA/LP),la selenocysteine associated protein (SEC43p) i les selenofosfat sintetases (SPS1 i SPS2), la serina és transformada en una selenocisteïna.
Figura 5. Síntesi de tRNA específic de la selenocisteïna.
4. Evolució dels selenoproteomes en mamífers
El conjunt de selenoproteïnes d’un organisme conforma un selenoproteoma. Segons Mariotti, et al., els ancestres de vertebrats i mamífers contenen 28 i 25 gens codificants per selenoproteïnes respectivament. Aquests han evolucionat aportant una composició diferent a cada organisme, degut a la generació de noves selenoproteïnes per duplicació, i a la pèrdua d’altres per substitució de Sec per Cys.
D’aquesta manera en el cas de mamífers trobaríem fins a 28 dels 45 gens identificats en el total de selenoproteïnes identificades en vertebrats. Tot i així, els selenoproteomes de mamífers no expressen més de 25 selenoproteïnes en un organisme, mentre que els més petits són de 24 gens (conill, marmota, goril·la, rata i ratolí). A més, la meitat de les selenoproteïnes en mamífers tenen una funció desconeguda. Tot així, la majoria han estat caracteritzades vinculades a la regulació de l’activitat redox.
Les selenoproteïnes comunes trobades en tots els vertebrats l’any 2011 segons Mariotti, et al. van ser 21: GPx1-4, TR1, TR3, DI1-3, SelH, SelI, SelK, SelM, SelN, SelO, SelP, MsrB1, SelS, SelT1, SelW1, Sep15.
Classificació i Famílies de selenoproteïnes
Els selenoproteomes es troben dividits en famílies de selenoproteïnes. Aquestes mostren un ampli espectre de diversitat entre espècies pel que fa al nombre de selenoproteïnes, a més hi ha indicis que els mamífers tenen tendència a perdre aquestes proteïnes. Les més estudiades són les següents:
a) Glutatió peroxidasa (Gpx);
b) Tioredoxina reductasa (TR);
c) Iodotironina deiodasa (DI)
Les selenoproteïnes en mamífers, també es poden classificar segons el nivell de Se disponible a l’organisme:
1) Housekeeping: menys influïdes pels nivells de seleni provinent de la dieta i funcionalment són critiques per supervivència cel·lular, normalment.
2) Stress-related: no són essencials per supervivència i si hi ha deficiència de Se apareixen menys expressades.
Figura 6. Filogènia d'Ailuropoda melanoleuca.
5. L'ós panda: Ailuropoda melanoleuca
L’ós panda o Ailuropoda melanoleuca és un mamífer, de l’ordre Carnivora i de la família Ursidae, amb genoma seqüenciat l'any 2009 (Li, et al.).
Malgrat que gairebé s’alimenta exclusivament de bambú, s’ha inclòs taxonòmicament a l’ordre dels carnívors per la seva proximitat filogenètica amb la resta dels óssos i els gossos.
Es troben confinats a regions muntanyoses aïllades al sud i centre de Xina. L’ós panda es considera una espècie en perill d’extinció, situació generada per la destrucció progressiva del seu habitat i les grans dificultats que té per reproduïr-se.
En l'actualitat, hi ha menys de 3.000 pandes gegants salvatges i menys de 200 en captivitat.
Up