Finding a needle in haystack: the Eukaryotic selenoproteome

Abstract

Les selenoproteïnes constitueixen una família diversa de proteïnes, caracteritzada per la presència del Seleni (Se), en forma de l'amino àcid atípic, la selenocisteïna (Sec). La selenocisteïna, coneguda com l'amino àcid 21, és similar a la cisteïna (Cys) amb un àtom de seleni en lloc de sofre (S). Les selenoproteïnes són els responsables majoritaris dels efectes biològics del seleni i s'ha observat que poden estar implicades en la infertilitat masculina, el càncer, algunes malalties coronàries,l'activació de virus latents i l'envelliment. La selenocisteïna es codifica pel codó UGA, normalment codó de parada (STOP). Per a la recodificació correcta del UGA són necessaris diversos factors. A la part 3' de la regió no traduïda (UTR) dels transcrits dels gens de selenoproteïnes en organismes eucariotes s'hi troba una estructura de "stem-loop" anomenada SECIS. La proteïna SBP2 interactua amb el SECIS, així com amb el ribosoma, i forma un complex amb el factor d'elongació EFsec i el tRNA de la selenocisteïna, el tRNASec. Donat que el codó TGA normalment significa fi de la traducció, les formes tradicionals de cerca de gens no el reconeixen com a codó codificant. Per aquesta raó ha estat necessari desenvolupar una metodologia específica per a la predicció de gens de selenoproteïnes. En els últims anys, hem contribuït a la descripció del selenoproteoma eucariota amb el descobriment de noves famílies (Castellano et al., 2005), amb l'elaboració de nous mètodes (Taskov et al., 2005; Chapple et al., 2009) i l'anotació de diferents genomes (Jaillon et al., 2004; Drosophila 12 genomes Consortium, 2007; Bovine Genome Sequencing and Analysis Consortium, 2009). Finalment, hem identificat el primer animal que no té selenoproteïnes (Drosophila 12 genomes Consortium, 2007; Chapple and Guigó, 2008), un descobriment soprenent donat que, fins el moment, es creia que les selenoproteïnes eren essencials per la vida animal.

Selenoproteins are a diverse family of proteins containing the trace element Selenium (Se)in the form of the non-canonical amino acid selenocysteine (Sec). Selenocysteine, the 21st amino acid, is similar to cysteine (Cys)but with Se replacing Sulphur. In many cases the homologous gene of a known selenoprotein is present with cysteine in the place of Sec in a different genome. Selenoproteins are believed to be the effectors of the biological functions of Selenium and have been implicated in male infertility, cancer and heart diseases, viral expression and ageing. Selenocysteine is coded by the opal STOP codon (TGA). A number of factors combine to achieve the co-translational recoding of TGA to Sec. The 3' Untranslated regions (UTRs) of eukaryotic selenoprotein transcripts contain a stem-loop structure called a Sec Insertion Sequence (SECIS) element. This is recognised by the Secis Binding Protein 2 (SBP2), which binds to both the SECIS element and the ribosome. SBP2, in turn, recruits the Sec-specific Elongation Factor EFsec, and the selenocysteine transfer RNA, tRNASec. The dual meaning of the TGA codon means that selenoprotein genes are often mispredicted by the standard annotation pipelines. The correct prediction of these genes, therefore, requires the development of specific methods. In the past few years we have contributed significally to the description of the eukaryotic selenoproteome2 with the discovery of novel families (Castellano et al., 2005), the elaboration of novel methods (Taskov et al., 2005; Chapple et al., 2009) and the annotation of different genomes (Jaillon et al., 2004; Drosophila 12 genomes Consortium, 2007; Bovine Genome Sequencing and Analysis Consortium, 2009). Finally, and perhaps most importantly, we have identified the first animal to lack selenoprotein genes (Drosophila 12 genomes Consortium, 2007; Chapple and Guigó, 2008). This last finding is particularly surprising because it had previously been believed that selenoproteins were essential for animal life.

Programa de doctorat en Biomedicina