Селенопроте; nes от Macaca nemestrina
Какво представляват селенопротеините?
Селенопротеините са изключителна група протеини, които включват в своята структура някои остатъци от селеноцистеин (Sec), считани за аминокиселина номер 21 на генетичния код. Тази необичайна аминокиселина е аналог на цистеин (Cys) и съдържа селен вместо сяра. Селенът е основен микроелемент в много организми и неговият дефицит е свързан с множество патофизиологични състояния като сърдечно-съдови заболявания, нервно-мускулни нарушения, рак или възпаление (Вячеслав М и др., 2014).
Остатъците Sec и Cys заемат хомоложни позиции, но Sec е по-реактивна аминокиселина от цистеина и е част от каталитичния домен на протеина. В селенопротеините с известна функция той винаги участва в окислително-възстановителните реакции. От еволюционна гледна точка и поради сходството на техните химични свойства се наблюдава специфично развитие на родословието от Sec до Cys и следователно е възможно да се намерят хомолози на селенопротеини, които включват Cys вместо Sec, определяйки ги като ортологични или паралогични гени (Zhang Y et al, 2006).
Включването на Sec в полипептидната верига се определя от неговото кодиране от кодона UGA, кодон, който обикновено определя прекратяването на транслацията на протеин. Това се случва, когато в 3'-UTR областта на иРНК на селенопротеините има запазена структура на стволови вериги, известна като SECIS елемент (SElenoCysteine Insertion Sequence) (Lobanov AV at al, 2009) (Фигура 1).
Фигура 1. Схематично представяне на структурата на иРНК на селенопротеин. Наблюдава се двойствеността на UGA кодона, кодираща, от една страна, аминокиселината Sec, а от друга, показваща завършването на транслацията. В областта 3 'UTR присъствието на елемента SECIS се откроява със запазена структура на веригата (модифицирана от Moghadaszadeh B et al, 2006).
Биосинтез на селенопротеини
Селенопротеините се характеризират с това, че съдържат аминокиселината Sec. Този остатък се кодира от UGA кодона (обикновено STOP кодон), присъстващ в отворената рамка за четене на гена, който се декодира като Sec по време на синтеза на рибозомния протеин от механизъм, специфично монтиран на каноничния транслационен апарат. Основният сигнал, който насочва прекодирането на UGA кодона, е вторична структура, присъстваща изключително в селенопротеиновите транскрипти, елементът SECIS. Тоест, SECIS елементът е този, който разграничава значението на UGA кодона и активира Sec машината за вмъкване.
Sec е единствената аминокиселина, чийто синтез се осъществява в собствената тРНК (няма свободен синтез на аминокиселини), наречена tRNA [Ser] Sec. Тази тРНК се аминоацилира със серин в реакция, катализирана от серил-тРНК синтетаза (SerS), за да се получи основната структура за биосинтеза на Sec. След това ще има фосфорилиране на серин от фосфосерил-тРНК киназа (PSTK). На свой ред селенът се форфорилира от селенофосфат синтетаза 2 (SPS2) и се добавя към вече фосфорилирания серин. На тази структура Sec-синтетазата (SecS) произвежда остатъка Sec, като по този начин образува Sec-tRNA [Ser] Sec (Bellinger FP et al, 2009) (Фигура 2).
Фигура 2. Механизъм на синтез на Sec. SerS аминоацилати tRNA [Ser] Sec със серин от SerS, пораждащ Ser-tRNA [Ser] Sec. Последният е фосфорилиран от PSTK, който осигурява субстрата на SecS заедно с фосфорилиран селен за синтеза на Sec-tRNA [Ser] Sec (модифициран от Labunskyy VM et al, 2014).
За включването на Sec-tRNA [Ser] Sec в рибозомата, тя трябва да бъде разпозната от специфичен коефициент на удължаване, наречен EFSec. EFSec не взаимодейства директно с елемента SECIS, а по-скоро чрез SECIS-свързващия протеин, известен като SBP2. В допълнение, други фактори като рибозомния протеин L30 (който е фактор за иницииране на транслация на еукариот, наричан още eIF4a3) участват в процеса на включване на Sec в отговор на наличието на UGA кодон в рамката за четене на гена (Bellinger FP et al, 2009) (Фигура 3).