Discussió

Selenoproteïnes

Sel15

Com a model s'han fet servir les proteïnes humanes.

S'expressa a la pròstata, fetge, ronyons, testicles i cervell. La seva funció no ha estat completament establerta, encara que es coneix que en testicles actua d'agent antioxidant de forma similar a la glutatió peroxidada.[19]

La proteïna Sel15 ha estat identificada en el genoma de Leptonychotes weddellii. Tant en la proteïna model humana com en la que hem trobat per mitjà de l'alineament en la foca hi ha una selenocisteïna. A més a més hem trobat elements SECIS significatius (score de 27,26)

GPx

Les glutatió peroxidases constitueixen una família de 8 selenoproteïnes (GPx1-8) en mamífers, amb una alta conservació. Aquestes proteïnes es troben com a homòlegs en cisteïna (GPx5, 7 i 8 en humans) o com a selenoproteïnes (la resta en humans) en diferents organismes. La seva funció és de protecció davant dany oxidatiu; constitueixen una de les principals defenses enzimàtiques antioxidants en humans.

Cada GPx té una localització i funció específica que està més o menys caracteritzada: GPx1 té com a funció protegir l'hemoglobina dels eritròcits de les possibles ruptures oxidatives; GPx2 s'expressa en fetge i tracte gastrointestinal impedint l'efecte tòxic dels hidroperòxids que s'han ingerit; GPx3 es troba en el plasma i catalitza la reducció d'hidrogen, peròxids de lípids i hidroperòxids orgànics; GPx4 es troba a la membrana cel·lular la qual protegeix de peroxidació lipídica; GPx5 té la mateixa funció que GPX3 però s'expressa només a l'esperma; GPx6 i GPx7 són proteïnes secretades, mentre que Gpx8 és una proteïna de membrana. La funció d'aquestes tres últimes no és gaire coneguda.[12]

Totes les Gpx humanes han estat trobades en Leptonychotes weddellii. Les Gpx que en humans són homòlogues en cisteïna també ho són en la foca (GPx5, 7 i 8). A més d'observar que no hi ha selenocisteïna en l'alineament en aquestes, ho podem confirmar per l'absència d'elements SECIS en la zona on es troben aquestes proteïnes. Les GPx1, 2, 3 i 4 en humans contenen una selenocisteïna, que ha estat identificada per l'alineament en el genoma de la foca de Weddell, excepte la GPx3, en la qual no hem vist la selenocisteïna en l'alineament, degut a què es troba en un fragment que no s'alinea, al principi de la proteïna, potser per una manca de catalogació de la zona. D'aquestes quatre selenoproteïnes s'han pogut identificar SECIS significatius, confirmant així la presència de l'aminoàcid selenocisteïna en totes elles.

En el cas de GPx6, la forma humana conté una selenocisteïna, però en l'alineament amb el genoma de la foca veiem una cisteïna. Per tant es tracta d'un homòleg en cisteïna. Això es confirma per l'absència de SECIS trobats en la posició 3'-UTR de la GPx6 en la foca de Weddell.

DI

Com a model s'han fet servir les proteïnes humanes.

Grup de selenoproteïnes àmpliament estudiat pel seu rol en el metabolisme de les hormones tiroïdals. En concret, catalitzen la transformació de tiroxina (precursor T4) en triiodetironina (T3 actiu). L'expressió de cada deiodinasa es dóna en diferents teixits: D1 s'expressa en fetge i ronyó; DI2 s'expressa principalment a la glàndula pituïtària; i DI3 s'expressa en teixit fetal i placenta.

Els gens que codifiquen per aquestes selenoproteïnes tenen un 45% de semblança en humans; tenint relació de paralogia entre ells, ja que es van originar a partir d'un únic gen. A més, aquests gens només contenen un exó. Per altra banda, respecte a la seva estructura, les deiodinases presenten un plegament característic en la forma terciària de l'enzim, necessària per la seva activitat catalítica.

En el genoma de la foca de Weddell podem confirmar que hi són les 3 selenoproteïnes del grup DI, ja que han estat trobades amb un E-value molt significatiu (2e-37, 1e-100 i 1e-148). Les tres DI contenen una selenocisteïna en la proteïna model humana i en els tres casos s'ha trobat la selenocisteïna en el genoma de Leptonychotes weddelli. La troballa d'elements SECIS en la posició 3'-UTR de les proteïnes DI1 i DI3 confirma la presència de la selenocisteïna (scores de 21,57 i 28,54, respectivament). En el cas de DI2 no s'han trobat elements SECIS amb un score prou alt com per considerar-los, probablement degut a què el software utilitzat, SECISearch3, no sempre detecta tots els elements SECIS. Tanmateix, per l'alineament obtingut amb exonerate i t-coffee podem inferir que hi és present.

A més a més, la DI2 humana conté dos selenocisteïnes, una de les quals ha estat trobada en la foca de Weddell i l'altre no, degut a què el final de la proteïna no està alineat, probablement perquè coincideix amb una zona mal catalogada del genoma de Leptonychotes weddellii.[6],[21]

MrsA/B (SelR)

MsrA i MsrB (SelR) formen part de la família de les metionina sulfòxid reductases, junt amb fRMsr (metionina sulfòxid reductasa lliure) que només és present en la meitat de procariotes i en els eucariotes unicel·lulars. MsrA i MsrB comparteixen poca homologia tant en la seqüència del gen com en l'estructura de la proteïna. MsrB, presenta tres isoformes: SelR1, SelR2 i SelR3 (aquestes dues últimes comparteixen una homologia major respecte a SelR1). En humà, SelR1 conté una selenocisteïna i SelR2, SelR3 i MsrA una cisteïna (en organismes procariotes es conserva la forma de selenocisteïna). Es tracta d'enzims amb funció antioxidant, reparen enzims que han patit oxidacions de metionines en la seva seqüència. Significativament, MsrA és l'única proteïna coneguda en mamífers capaç de reduir el metionina s-sulfòxid.[13]

S'ha trobat la proteïna MsrA en el genoma de la foca de Weddell amb una cisteïna, igual que en la forma humana. No s'han trobat elements SECIS. SelR2 i SelR3 també són homòlogues en cisteïna en el genoma de la foca, igual que en humans, i tampoc hem identificat elements SECIS.

Quant a SelR1, hem trobat una selenocisteïna a la mateixa posició que en la forma humana, per tant es conserva. Això s'ha confirmat amb la presència d'elements SECIS significatius (score de 25,71).

SelH

Com a model s'ha fet servir la proteïna humana i la de morsa.

SelH és una oxidoreductasa nuclear, fet que suggereix que algunes funcions en aquest compartiment són regulades per redox i són dependents de l'element traça seleni. No se'n coneix homologia amb altres selenoproteïnes caracteritzades. Tanmateix, es conserva un motiu Cys-X-X-Sec (CXXU) on la cisteïna i la Sec són separades per dos altres aminoàcids. Aquesta estructura també és present en diverses selenoproteïnes en mamífers (SelW, SelT, SelM).[20]

Ha estat identificada la SelH en el genoma de Leptonychotes weddellii. Tant en humans com en la espècie estudiada hi ha una selenocisteïna. També es va obtenir un bon alineament amb la forma de la morsa com a model. Això ho podem confirmar amb la presència d'un SECIS significatiu (score de 23,11).

SelI

Com a model s'ha fet servir la proteïna humana.

Es tracta d'una selenoproteïna poc estudiada. Té un domini CDP-alcohol fosfatidiltransferasa molt conservat que típicament es troba en les colina-fosfotransferases (CHPT1) i les colina-etanolamina fosfotransferases (CEPT1). CHPT1 catalitza la transferència d'una colina a diacilglicerol des de CDP-colina. Per la seva banda, CEPT catalitza una reacció anàloga però accepta tant colina com etanolamina. SelI té predits 7 dominis transmembrana, que corresponen amb les topologies predites de CHPT1 i CEPT1. A més, entre el primer i segon domini transmembrana de SelI hi ha tres àcids aspàrtics crítics per la funció d'aquests enzims.[17]

La proteïna de la foca conté una selenocisteïna, igual que la forma humana. En realitzar la cerca d'elements SECIS amb SECISearch3, hem detectat un element SECIS que per la seva localització a la cadena el podríem considerar com a tal, malgrat que té un score menor que 15. Tot i això, no el podem descartar amb seguretat degut a què l'score és molt pròxim a 15 (14,04).

SelK

Com a model s'ha fet servir la proteïna humana.

Selenoproteïna K és una proteïna localitzada en el reticle endoplasmàtic amb un nivell d'expressió elevat al cor, la melsa i les cèl·lules immunes; així com en algunes regions cerebrals, en correspondència amb l'expressió de SelP, GPx4, SelM, SelW i Sep15; on totes tenen funció antioxidativa. A més s'ha vist que participa en la regulació del calci i la via de degradació proteica associada al reticle endoplasmàtic (ERAD); un sistema responsable de la dislocació de proteïnes no plegades en el ER per a la degradació en el citoplasma. S'ha vist que SelK és rica en Gly, Pro i residus carregats. Això dóna suport a la idea que posseeix una estructura 3D ben definida. Això es correspon amb la presència de dominis SH3, que tenen una estructura geomètrica determinada.[12]

S'ha identificat la selenoproteïna SelK en el genoma de Leptonychotes weddellii amb una selenocisteïna, igual que la forma humana. A més a més, s'han identificat elements SECIS significatius (score de 37,35).

SelM

Com a model s'ha fet servir la proteïna humana.

La Selenoproteïna M és una proteïna que s'expressa sobretot al cervell i es creu que té un paper important en la protecció davant l'estrès oxidatiu i en la regulació del calci. és una proteïna relativament curta, amb 5 exons. La seva selenocisteïna s'ha perdut en un gran nombre d'espècies filogenèticament no relacionades de vertebrats. Per altra banda, els residus terminals semblen tenir una senyal KDAL de retenció en el reticle endoplasmàtic on es localitza, encara que també la trobem en el Golgi.[5]

La selenoproteïna M ha estat identificada en la foca, amb una selenocisteïna, igual que en la forma humana. També s'han trobat bons elements SECIS (score de 22,86).

SelN

Com a model s'ha fet servir la proteïna humana i la de morsa.

Està formada per dues isoformes. S'expressen en múscul esquelètic, cervell, pulmó i placenta (la segona isoforma també es troba en cor i estómac) i es localitzen a la membrana del reticle endoplasmàtic. Els defectes en l'expressió del gen que la codifica (SEPN1) provoquen distròfia congènita muscular amb rigidesa espinal (RSMD1).[23]

Com a model s'ha fet servir la proteïna humana i la de morsa. La proteïna SelN s'ha identificat en el genoma de l'organisme estudiat. La forma humana de SelN té 2 selenocisteïnes. Aquesta es pot traduir en dues isoformes diferents, segons l'splicing alternatiu que es doni, una amb una selenocisteïna i l'altra amb dues.

Comparant la seqüència de la proteïna humana amb la de la morsa, s'observa que la humana conté un fragment amb una de selenocisteïna que no trobem en la morsa, probablement degut a què s'ha perdut un exó. En l'alineament amb la proteïna humana, hi ha un fragment que falta, corresponent a l'exó esmentat. L'altre selenocisteïna de la proteïna humana sí que s'alinea bé. S'ha realitzat també l'alineament amb la forma de la morsa de SelN i l'alineament obtingut és millor. Per tant, s'observa que en el genoma de la foca de Weddell, igual que en el de morsa, hi ha un exó menys en SelN que en el d' Homo sapiens.

Tot i això, com que sí que es conserva una de les selenocisteïnes, és coherent la presència d'elements SECIS en la posició 3'-UTR, tal com han estat trobats (score de 34,73).

SelO

Com a model s'ha de fer servir la proteïna humana i la de la morsa.

Gràcies a l'ús d'eines bioinformàtiques s'ha predit que SelO adopta un plegament tridimensional semblant al de les quinases. Tanmateix no conserven l'aspartat en el domini catalític His-Arg-Asp. Aquest domini quinasa li atorga un possible rol en la xarxa de senyalització cel·lular. Dades d'expressió en bacteris i llevats suggereixen un paper en la resposta a estrès oxidatiu. A més, l'anàlisi genòmic apunta cap a un rol en la regulació del transport ABC i del metabolisme. Els homòlegs de SelO en vertebrats tenen una selenocisteïna, localitzada en la penúltima posició de l'extrem C-terminal. Al loop de l'element SECIS hi ha dues citosines enlloc de dues adenines, fet que succeeix només en mamífers. Sembla estar involucrada en la resposta a estrès oxidatiu segons dades d'expressió gènica [16]

Com a model hem fer servir la proteïna humana i la de la morsa. Tant en humans com en la foca hi ha una selenocisteïna i el corresponent element SECIS després de la proteïna (score de 21,22). Comparant amb la proteïna de la morsa els resultats són idèntics.

SelP

Com a model s'ha de fer servir la proteïna humana i la de la morsa.

La Selenoproteïna P (SelP) és la selenoproteïna present en major quantitat al plasma sanguini, essent crucial en l'homeòstasi del seleni en l'organisme, ja que promou la seva retenció en el cos i afecta la seva distribució del fetge als teixits extra-hepàtics. Per altra banda, aquesta selenoproteïna pot estar implicada en el metabolisme de la glucosa regulant la secreció d'insulina en el pàncrees. El que sí se sap del cert és que s'uneix a heparina i metalls pesants com mercuri i cadmi, tenint capacitat antioxidant en el sèrum. Conté múltiples residus de selenocisteïna (10 en humans) distribuïts un en el domini N-terminal (domini enzimàtic) i 9 en el C-terminal (domini de transport).[9]

Com a model hem utilitzat la proteïna humana i la de la morsa. S'ha observat que de les 10 selenocisteïnes en humà dues no s'alineen bé. De les altres 8, es conserven totes en la foca de Weddell excepte una que és una cisteïna. A més, s'han trobat 4 codons TGA en el genoma de la foca que s'alineen en cisteïnes en la humana. A partir de l'alineament de la forma de morsa (Odobenus rosmarus) de SelP, s'ha comprovat que aquests quatre codons corresponen a selenocisteïnes en aquest pinípede.

Per últim, s'han trobat 3 codons TGA que en humans s'alineen amb una prolina i amb dues arginines. D'aquests 3, en morsa, la prolina es correspon amb una selenocisteïna i una de les arginines també. No podem afirmar que aquest resultat sigui degut a una variació de la proteïna humana respecte la proteïna de la foca, o a un mal alineament. Finalment, hem trobat un element SECIS candidat (score de 31,6).

SelS

El gen humà de SelS (SEPS1) codifica dos trànscrits que difereixen en les seves seqüències 3'UTR per un esdeveniment d'splicing alternatiu que elimina l'element SECIS de la variant 1 del trànscrit. Els dos trànscrits s'expressen de forma àmplia en les línies cel·lulars humanes, sent la variant que conté SECIS la més abundant. L'expressió de SelS està regulada com a resposta cel·lular a glucosa, insulina, estrès al reticle endoplasmàtic i citocines inflamatòries. En la membrana del reticle endoplasmàtic participa en la retrotranslocació de proteïnes mal plegades cap al citosol, on seran degradades. [4]

Com a model s'ha de fer servir la proteïna humana i la de la morsa. En humans, SelS conté una selenocisteïna al final de la seqüència, però en la foca de Weddell no està alineat el final de la proteïna, probablement per una mala catalogació del genoma. L'alineament de la forma humana és molt pobre i es troba en un Scaffold diferent que el resultat d'alinear la forma de la morsa. Fent servir l'Scaffold de l'alineament amb la humana no trobem elements SECIS, però fent servir el de l'alineament amb la de la morsa sí. Això ens indica que l'alineament de la proteïna humana no és correcte, però la proteïna és present, degut a que l'alineament amb la forma de la morsa sí que és bo. A més, és probable que hi hagi una Sec ja que, com hem dit, s'han trobat elements SECIS (score de 41,01).

SelT

La seva funció és desconeguda encara que les anàlisis bioinformàtiques apunten a una funció redox i una localització a la membrana plasmàtica a través d'un domini hidrofòbic.[27]

Com a model hem utilitzat la proteïna humana i la de la morsa. En humans SelT conté una selenocisteïna. Només s'alinea un fragment molt petit de la proteïna en el genoma de Leptonychotes weddellii, tant fent servir com a model la SelT humana com la SelT de morsa. La selenocisteïna es troba en un d'aquests fragments sense alinear, probablement per una mala catalogació del genoma de la foca.

No s'han trobat elements SECIS significatius. Tot i així no podem predir amb seguretat que la selenocisteïna no hi sigui.

SelU

SelU és selenoproteïna que trobem en ocells, peixos i algues; el seu homòleg en cisteïna és present en mamífers, artròpodes, cucs, amfibis i plantes terrestres. En mamífers hi trobem tres proteïnes d'aquesta família (SelU1, SelU2 i SelU3). Actualment, se'n desconeix la funció. [28]

Les tres formes de SelU han estat trobades en el genoma de Leptonychotes weddellii. Tant en SelU1 com en SelU3, l'inici de la proteïna està mal alineat. En cap de les tres s'ha trobat una selenocisteïna i la seva absència s'ha verificat amb el fet de no haver trobat cap element SECIS significatiu.

SelV & Sel W

SelV és la selenoproteïna menys conservada en mamífers i es creu que va aparèixer per duplicació de SelW. Conseqüentment, només es veu una variació significativa entre SelW i SelV en un únic exó (exó 1). Les funcions de SelV i SelW no es coneixen, però SelV s'expressa de forma exclusiva als testicles mentre que SelW s'expressa en una varietat d'òrgans. La família SelW té dues subfamílies, SelW1 i SelW2. [29]

Com a model hem utilitzat la proteïna humana i la de la morsa per SelV i per SelW1. Per SelW2 només la humana. En humans, SelV té una selenocisteïna, però l'alineament que hem obtingut és molt pobre i no s'ha trobat la selenocisteïna. Tampoc s'han trobat elements SECIS significatius i, per tant, és probable que no haguem fet servir l'Scaffold adequat per buscar elements SECIS en el SECISearch3. També podria ser que no hi hagués una selenocisteïna, sinó una cisteïna, però no ho podem comprovar. L'alineament amb la forma de la morsa és semblant. Probablement, la proteïna coincideix amb una regió mal catalogada del genoma.

SelW1, tant en humans com en morsa també té una selenocisteïna. En aquest cas tampoc s'ha alineat bé la zona on es troba la Sec (el principi de la proteïna), ni amb la humana ni amb la de morsa. Ara bé, en trobar elements SECIS significatius en l'Scaffold (score de 36,16) podem afirmar amb força seguretat que hi ha una selenocisteïna.

En humans, SelW2 és un homòleg en cisteïna (no té selenocisteïna). L'alineament amb el genoma de la foca és molt bo i tampoc hi ha cap selenocisteïna. Això es confirma per l'absència d'elements SECIS significatius.

TR

Les Thioredoxin reductases són proteïnes amb seqüència semblant a les glutatió reductases, inclòs un domini redox catalític conservat amb: Cys-Val-Asn-Val-Gly-Cys-. La seva funció és la de reduir les tiroredoxines. Els mamífers tenen tres isoenzims de TR; el TR1 que es troba al citosol i el TR2 i el TR3 que tenen localització mitocondrial. [15]

TR1 ha estat identificada en el genoma de la foca de Weddell. La forma humana té una selenocisteïna en la seva seqüència igual que la forma de foca pel s'ha observat en l'alineament,. S'han trobat elements SECIS significatius (score de 22,48).

TR2 també té una selenocisteïna en humans. L'alineament amb el genoma de Leptonychotes weddelli és molt pobre i no s'ha alineat la Sec. A més a més, no s'han trobat elements SECIS. Això podria ser per un error en la selecció de l'Scaffold per al SECISearch3 o simplement per l'absència de TR2 en la foca de Weddell.

Finalment, TR3 també és una selenoproteïna en humans. L'alineament, en aquest cas, és molt bo i la selenocisteïna humana es correspon amb un codó TGA en el genoma de la foca. A més, s'han trobat elements SECIS (score de 25,57), el que confirma la presència d'una selenocisteïna.


Maquinària

eEFSec

S'encarrega d'entregar el tRNA aminoacilat (Sec-tRNA) al ribosoma i de suprimir els codons UGA que estan "upstream" dels SECIS. Aquests codons estan units per SBP2. Comparat amb el factor d'elongació canònic eEF1A, eEFSec té una extensió C-terminal òautènica anomenada domini IV. Aquest és essencial per la unió entre el tRNA i SBP2 i per regular l'activitat GTPasa intrínseca de eEFSec, necessària per que realitzi la seva funció.[8]

El factor d'elongació eEFSec, específic de selenocisteïnes, s'ha trobat en el genoma de Leptonychotes weddellii. S'han utilitzat com a queries les eEFSec d'humà i de morsa per fer l'alineament i aquest alineament no ha estat massa bo, segurament per una mala catalogació de la regió.

Tant en humà com en morsa l'eEFSec no presenta selenocisteïnes i conseqüentment, tampoc les hem trobat en el genoma de Leptonychotes weddellii. A més a més, tampoc presenta cap element SECIS.

SPS

Catalitza la síntesis de SeP, la forma activa de Seleni, a partir de selenit i ATP. Dues subfamílies de SPS (selenofosfat sintetasa) han estat identificades en eucariotes, SPS1 i SPS2; l'homologia de les quals és diferent depenent de l'espècie, sent en humans del 72%. Recentment s'ha demostrat que SPS1 (amb un únic exó en mamífers) no té activitat de síntesi de SeP. Tanmateix s'està investigant la seva importància en rutes involucrades en la supervivència cel·lular.[10]

Podem corroborar que la SPS1 es troba formant part de la maquinària de síntesi de selenoproteïnes en el genoma de Leptonychotes weddellii. S'ha trobat un bon alineament entre la SPS1 d'humà i el genoma estudiat.

Aquesta proteïna, tal com es troba en humans, no conté cap selenocisteïna. En ser una proteïna de la maquinària de síntesi no és necessari que hi hagi una. A més a més, en no tenir una selenocisteïna, tampoc s'han trobat elements SECIS.

En quant a SPS2, és l'única proteïna de la maquinària que presenta una selenocisteïna, tant en humans, com després hem trobat al genoma de Leptonychotes weddellii. S'ha produït un molt bon alineament entre la query d'humà i el nostre genoma. Després hem vist que hi havien elements SECIS, amb un score de 21,47.

SECp43

Desenvolupa un paper en la biosíntesi de selenoproteïnes a través de la interacció amb el Sec-tRNA a través d'un complex multiproteic, produint-ne la metilació. També afecta a la distribució intracel·lular de SLA o antigen soluble hepàtic. Aquest interacciona amb Sec-tRNA, essent la seva presència, per tant, necessària en el procés de formació de selenoproteïnes.[30]

També s'ha trobat aquesta proteïna de la maquinària en el genoma de Leptonychotes weddellii, tot i que amb un mal alineament amb la proteïna d'humà. Tant en humà com en el nostre genoma no s'ha trobat cap selenocisteïna ni cap element SECIS.

SBP2

La seva funció és poc coneguda. Se sap que participa en la incorporació de selenocisteïna en les selenoproteïnes conjuntament amb eFSEC. Demostrant aquest fet, s'ha vist que una mutació puntual en un nucleòtid altament conservat del SECIS de SelN, impedeix la unió de SBP2 i la síntesi de la selenoproteïna,.[3]

Aquesta proteïna també es troba en Leptonychotes weddellii, a partir de fer un bon alineament amb la query d'humà. Com en la resta de proteïnes de la maquinària no conté selenocisteïnes ni tampoc elements SECIS.

PSTK

La o-fosfoseril-tRNA kinasa (PSTK) es una quinasa RNA-depenent que converteix el seril-tRNA a o-fosfoseril-tRNA, el precursor immediat de selenocisteinil-tRNA. La seva estructura revela un domini quinasa com´ en una estructura quaternària específica d'aquesta proteïna, que fa possible el reconeixement específic de Ser-tRNA.[2]

Després de fer els alineaments entre la Pstk1 d'humà i el nostre genoma, s'ha obtingut un E-value significatiu i per tant podem dir que PSTK es troba en el genoma de Leptonychotes weddellii. Tant en humans com en el nostre genoma no es troben selenocisteïnes ni elements SECIS.

SecS

A partir dels substrats selenofosfat i o-fosfoseril-tRNA forma selenocistenil-tRNA. Els mecanismes moleculars presents en aquesta activitat no es coneixien actualment, encara que sí que se sap que presenta activitat fosfatasa.[7]

La SecS també s'ha trobat en el genoma de Leptonychotes weddellii, amb un E-value significatiu, mostrant un bon alineament amb la proteïna de la maquinària SecS en el genoma humà. Com la resta de proteïnes que formen part de la maquinària de síntesi, no conté selenocisteïnes ni elements SECIS.