S’anomenen selenoproteïnes aquelles proteïnes que inclouen algun residu de selenocisteïna (Sec o U). Són presents a eucariotes, bacteris i arqueobacteris, tot i que es troben absents en gran llinatges com fongs i plantes terrestres. Són anomenades el 21è aminoàcid proteinogènic.
Estan codificades pel codó UGA, que alhora és un codó de parada. Per aquesta raó, és molt dificil la seva caracterització i es requereix una maquinària específica que s’encarregui de tornar a codificar aquest codó, impedint que s’aturi la traducció. L’estructura molecular de la selenocisteïna és un anàleg de l’aminoàcid cisteïna, amb un sofre que ha estat reemplaçat per un àtom de seleni.
Hi ha molta diversitat als organismes que contenen selenoproteïnes, i tant és així que els ortòlegs poden contenir cisteïna en comptes de selenocisteïna, i altres espècies poden contenir un número variable d’aquestes o inclús no contenir-ne. Els humans es caracteritzen per tenir-ne 25. [1,2]
La clau dels mRNAs de selenoproteïnes és la presència d’un element d’inserció de seqüència de selenocisteïna (SECIS). Als bacteris, es troba immediat al UGA dins del marc de lectura, mentre que als eucariotes està al 3’-untranslated region (3’UTR).
La Sec és l’únic aminoàcid la biosíntesi del qual és produïda al mateix tRNA, anomenat Sec tRNA[Ser]Sec. La seva síntesi comença amb l’addició d’una serina al tRNA de Sec per una seryl-tRNA sintetasa (SerS), donant lloc al Seryl-tRNA, que serà l’esquelet per la biosíntesi de la Sec. Seguidament, la fosfoseryl-tRNA quinasa (PTSK) s’encarrega de fosforilar el complex seryl-tRNA i donarà lloc a la fosfoseryl-tRNA, gastant ATP en el procés. El grup fosfat es reemplaçarà per un donador de seleni (H2Se-P) mitjançant la selenocistein sintasa (SLA/LP). Aquest donador haurà estat prèviament activat per una selenofosfat sintetasa (SPS2). Finalment, s’obtindrà una molècula de selenocisteil-tRNA, que incorporarà la Sec a la cadena polipeptídica en creixement.
Quan un ribosoma troba un codó UGA, la maquinària de Sec interactua amb la maquinària de traducció canònica per incrementar el potencial de codificar dels codons UGA i evitar així la terminació prematura. En resposta als elements SECIS al mRNA de la selenoproteïna, el Sec-tRNA[Ser]Sec, que té un anticodó complementari al UGA, tradueix UGA a Sec. Es necessiten dos factors per a aquests procés: SECIS binding protein 2 (SBP2) i Sec-especific translation elongation factor (eEFSec). SBP2 està associada amb els ribosomes i conté un LTAe RNA-binding domain, que suneix a l’element SECIS amb elevada afinitat i especificitat. A part dels ribosomes i l’element SECIS, també interacciona amb eEFSec, que recluta al Sec-tRNA[Ser]Sec i facilita la incorporació de Sec a la cadena creixent. Un cop dut a terme aquest procés, es podrà continuar la traducció fins que el ribosoma reconeix un nou codó de terminació. [1,2,3]
Fig1.Mecanisme de biosíntesi de la selenocisteïna en eucariotes i via de la síntesi de cisteïna mitjançant la maquinària de Sec. [2]
És un element fonamental per la salut humana. Té un paper estructural i enzimàtic, i en última instància és conegut com a antioxidant i catalitzador de la producció de l’hormona tiroidea activa, ja que constitueix un centre redox. També es requereix pel funcionament del sistema immune, i sembla ser un nutrient clau per contrarrestar el desenvolupament de la virulència i inhibició de la progressió del VIH.
S’han associat algunes malalties al dèficit de seleni, com per exemple la malaltia de Keshan, una cardiomiopatia endèmica; la malaltia de Kashin-Beck i una artritis deformada. A més, pot ser un factor de risc per la malaltia cardíaca, desordres neuromusculars, càncer, infertilitat masculina i inflamacions.
El mecanisme d’incorporació del seleni a la selenocisteïna evita la seva toxicitat, ja que passa a trobar-se dins les selenoproteïnes i no de forma lliure per la cèl·lula. [1,5,6]
Fig2.Evolució del selenoproteoma de vertebrats. En vermell s’indica el selenoproteoma ancestral dels vertebrats, i els seus canvis es representen al llarg de l’arbre filogenètic; en verd es mostren les noves selenoproteïnes; en gris s’indiquen les pèrdues; en blau, el reemplaçament de Sec per Cys. [7] [2]
Rousettus aegyptiacus