Selenoprote; nes de Macaca nemestrina
Ce sunt selenoproteinele?
Selenoproteinele sunt un grup exclusiv de proteine care includ în structura lor un rest de selenocisteină (Sec), considerat aminoacid numărul 21 din codul genetic. Acest aminoacid neobișnuit este un analog al cisteinei (Cys) și conține seleniu în loc de sulf. Seleniul este un micronutrient esențial în multe organisme și deficiența sa a fost asociată cu numeroase afecțiuni fiziopatologice, cum ar fi bolile cardiovasculare, tulburările neuromusculare, cancerul sau inflamația (Vyacheslav M et al, 2014).
Reziduurile Sec și Cys ocupă poziții omoloage, cu toate acestea Sec este un aminoacid mai reactiv decât cisteina și face parte din domeniul catalitic al proteinei. În selenoproteinele cu funcție cunoscută, este întotdeauna implicată în reacțiile redox. Din punct de vedere evolutiv și datorită similitudinii proprietăților lor chimice, a existat o evoluție specifică a liniei de la Sec la Cys și, prin urmare, este posibil să se găsească omologi ai selenoproteinelor care încorporează Cys în loc de Sec, definindu-se ca fiind ortologi sau gene paralogice (Zhang Y și colab., 2006).
Incorporarea Sec în lanțul polipeptidic este determinată de codificarea acestuia de către codonul UGA, un codon care specifică de obicei terminarea traducerii proteinelor. Apare atunci când există o structură conservată în buclă stem în regiunea 3'-UTR a ARNm a selenoproteinelor, cunoscut sub numele de element SECIS (SElenoCysteine Insertion Sequence) (Lobanov AV at al, 2009) (Figura 1).
figura 1. Reprezentarea schematică a structurii ARNm a unei selenoproteine. Se observă dualitatea codonului UGA, codificând, pe de o parte, aminoacidul Sec și, pe de altă parte, indicând finalizarea traducerii. În regiunea 3 'UTR, prezența elementului SECIS iese în evidență cu o structură de buclă conservată (modificată din Moghadaszadeh B și colab., 2006).
Biosinteza selenoproteinelor
Selenoproteinele se caracterizează prin conținerea aminoacidului Sec. Acest reziduu este codificat de codonul UGA (de obicei un codon STOP) prezent în cadrul de citire deschis al genei, care este decodificat ca Sec în timpul sintezei proteinelor ribozomale dintr-un mecanism specific montat pe translația canonică aparat. Semnalul principal care direcționează recodificarea codonului UGA este o structură secundară prezentă exclusiv în transcrierile selenoproteice, elementul SECIS. Adică elementul SECIS este cel care dezambiguizează semnificația codonului UGA și activează mașina de inserare Sec.
Sec este singurul aminoacid a cărui sinteză are loc în propriul său ARNt (nu există sinteză de aminoacizi liberi), numit ARNt [Ser] Sec. Acest ARNt este aminoacilat cu o serină într-o reacție catalizată de seril-ARNt sintetaza (SerS) pentru a da naștere la structura de bază pentru biosinteza sec. Va exista apoi o fosforilare a serinei prin fosfoseril-ARNt kinază (PSTK). La rândul său, seleniul este forforilat de selenofosfat sintetaza 2 (SPS2) și este adăugat serinei deja fosforilate. Pe această structură Sec sintetaza (SecS) produce reziduul Sec formând astfel Sec-tRNA [Ser] Sec (Bellinger FP și colab., 2009) (Figura 2).
Figura 2. Mecanismul sintezei Sec. SerS aminoacilează ARNt [Ser] Sec cu serină din SerS, dând naștere Ser-ARNt [Ser] Sec. Acesta din urmă este fosforilat de PSTK, care furnizează substratul SecS împreună cu seleniu fosforilat pentru sinteza Sec-tRNA [Ser] Sec (modificat din Labunskyy VM și colab., 2014).
Pentru încorporarea Sec-tRNA [Ser] Sec în ribozom, acesta trebuie recunoscut de un factor de alungire specific numit EFSec. EFSec nu interacționează direct cu elementul SECIS, ci mai degrabă prin proteina care leagă SECIS, cunoscută sub numele de SBP2. În plus, alți factori, cum ar fi proteina ribozomală L30 (care este un factor de inițiere a traducerii eucariote, numit și eIF4a3) participă la procesul de includere a Sec ca răspuns la prezența codonului UGA în cadrul de citire al genei (Bellinger FP și colab., 2009) (Figura 3).