Introducció

Selenoproteïnes

Què són les selenoproteïnes?

Les selenoproteïnes són proteïnes que contenen l'aminoàcid selenocisteïna (Sec) com un dels seus residus constituents. La selenocisteïna és l'aminoàcid número 21 en el codi genètic i és anàleg de l'aminoàcid cisteïna (Cys) quant a la seva estructura molecular, amb un àtom de seleni (SeH) que reemplaça l'àtom de sulfur (SH) de la cisteïna.



El codó UGA (stop), juntament amb un element d'inserció de selenocisteïna a la seqüència (SECIS), una estructura secundària de RNA a l'mRNA de selenoproteïnes, codifica per a una selenocisteïna enlloc d'acabar la síntesi de proteïnes. Es coneixen unes 25 selenoproteïnes en mamífers, però el nombre de selenoproteïnes varia segons l'espècie. A més a més, a vegades l'ortòleg d'una selenoproteïna té una cisteïna enlloc d'una selenocisteïna.[26]


La importància del Seleni

El Seleni és un nutrient essencial per animals, microorganismes i altres eucariotes. El seleni és incorporat a les selenoproteïnes, algunes de les quals tenen funcions enzimàtiques importants. Aquests enzims són dependents del seleni, generalment amb una selenocisteïna al centre actiu. El seleni funciona com un centre redox, donant una possible protecció antioxidant. Per exemple, quan la thioredoxin reducatasa redueix nucleòtids en la síntesi de DNA i ajuda a controlar l'estat redox intracel·lular; també la iodothyronina deiodinasa produeix hormona tiroide activa a partir d'un precursor inactiu. A més a més, el seleni participa en la reducció del peròxid d'hidrogen i hiperòxids de lípid i fosfolípid a productes inòculs (aigua i alcohols) a través de la família de les glutathione peroxidases dependents de seleni.

La deficiència de Seleni pot donar lloc a malalties com la malaltia de Keshan. Aquesta malaltia es caracteritza per un primer símptoma de necrosis del miocardi que desemboca a una debilitació del cor. El nom prové d'una província a Keshan (Xina), on hi havia baixos nivells de seleni al sòl. Estudis a la província de Jiangsu van demostrar una reducció de la prevalença d'aquesta malaltia a partir de l'administració de suplements de seleni. Per altra banda, un excés de seleni pot ser tòxic i pot esdevenir en selenosi, comportant problemes gastrointestinals, pèrdua de cabell, taques blanques a les ungles, fatiga i irritabilitat.[24],[25]

Síntesi de les selenocisteïnes

La síntesi de selenocisteïnes comença amb l'addició d'una serina (Ser) al Sec tRNA per una seryl tRNA sintetasa, donant lloc a la Seryl-tRNA. Després la fosfoseril-tRNA quinasa (PTSK) fosforilarà el complex seryl-tRNA i donarà lloc al fosfoseryl-tRNA. A continuació, es reemplaçarà el fosfat per un donador de seleni (H2Se-P), gràcies a l'acció de la selenocistein sintasa (SLA/LP). El donador de seleni serà activat prèviament per una selenofosfat sintetasa (SPS2). Finalment s'obtindrà una molècula de selenocisteil-tRNA, que incorporarà la Sec a la cadena polipeptídica en creixement. La SEC43p és una proteïna associada a la selenocisteïna que forma un complex amb el tRNASec.[1],[21]


Síntesi de les Selenoproteïnes

La síntesi de selenoproteïnes és un procés evolutivament conservat. Com ja s'ha esmentat anteriorment, el codó UGA codifica normalment per a un codó STOP, però en determinades ocasions, aquest codó codifica per a una selenocisteïna. Per tal que aquest codó no sigui reconegut com un codó STOP cal que existeixi una maquinària nova i específica. Primerament, ha d'haver-hi un element tridimensional anomenat SECIS que en eucariotes es troba en forma de loop en la regió 3' UTR del gen.


Aquest element SECIs serà reconegut per la SBP2 (SECIs Binding Protein) i reclutarà a eEFsec, un factor d'elongació específic per selenoproteïnes. Alhora eEFSec reclutarà el tRNA unit a una selenocisteïna i l'aproximarà al codó UGA de l'mRNA perquè la selenocisteïna s'incorpori a la proteïna en creixement. La traducció continuarà fins que aparegui un nou codó de terminació.[6]


Problemes en l'anotació i predicció de genomes

El fet que les selenocisteïnes siguin codificades per un codó UGA, que també codifica per un codó STOP, fa difícil la identificació d'aquestes proteïnes a través d'un programa automàtic. Per definició, el programa reconeixerà el codó UGA com un codó STOP i farà que no s'identifiquin les selenoproteïnes, fet que provocarà canvis en l'anotació del genoma. Per tal de predir els gens on es troben les selenoproteïnes en un genoma que no s'ha analitzat prèviament, primerament s'han de buscar seqüències de selenoproteïnes conegudes (per exemple, selenoproteïnes anotades al genoma humà) en el genoma nou. Un altre element per tal de poder fer una correcta cerca d'aquestes selenoproteïnes és la cerca d'elements SECIS a la regió 3'UTR del gen candidat.

Un dels problemes que sorgeixen amb la identificació d'elements SECIS en el genoma nou, és la poca conservació que hi ha a nivell de seqüència entre les diferents espècies. Primerament, es considerava una mínima conservació d'un quartet de nucleòtids (AUGA). No obstant, sí que hi ha una coincidència a nivell d'estructura tridimensional, element clau per tal d'identificar SECIS.


SECISearch i Seblastian són dos programes que a partir d'una seqüència de nucleòtids dedueixen la seva estructura tridimensional i la comparen amb l'estructura 3D coneguda dels SECIS.

Finalment, per tal de fer una correcta predicció de la localització de selenoproteïnes en un genoma nou, s'ha de contemplar per una banda on es troben els exons del gen que estudiem i la presència d'elements SECIS.


Leptonychotes weddellii

La foca de Weddell és un mamífer que pertany a la família de les Phocida. L'hàbitat natural d'aquesta espècie es troba a l'Antàrtida i a la regió del casquet polar Antàrtic. Per protegir-se del fred, les foques de Weddell presenten diverses capes de greix que envolten els òrgans. és un animal carnívor que s'alimenta de calamars, bacallà i altres peixos. Els seus depredadors principals són les foques lleopard i les orques.

Actualment, les foques de Weddel es troben protegides pel Tractat Antàrtic.

Filogènia

Tal i com podem veure a l'arbre, les foques i els lleons marins formen part de famílies diferents, tot i formar part de la mateixa superfamília (Pinnipedia). Les espècies més properes als Pinnipedia són els pertanyents a la superfamília dels Musteicidea, entre els quals hi trobem la mofeta, el panda vermell, entre d'altres.[18]



Classificació taxonòmica


Regne: Animalia
Fílum: Chordata
Classe: Mammalia
Ordre: Carnivora
Família: Phocidae
Gènere: Leptonychotes
Espècie: Weddellii