TŁO: Współtranslacyjne włączanie selenocysteiny do powstających polipeptydów polipeptydów poprzez przekodowanie kodonu stop UGA występuje we wszystkich domenach życia. U eukariontów, wydarzenie to wymaga co najmniej trzech specyficznych czynników: białka wiążącego SECIS SECIS (SBP2), specyficznego czynnika elongacji translacji (eEFSec), selenocysteinylowego tRNA i działającej cis sekwencji insercyjnej selenocysteiny (SECIS) w mRNA selenoprotein. Podczas gdy filogenetyczne relacje rodzin rodzin selenoprotein i ewolucja wykorzystania selenocysteiny są dobrze udokumentowane, historia ewolucji białek wiążących SECIS nie została nie została zbadana. WYNIKI: W niniejszym raporcie przedstawiamy filogenezę eukariotycznej rodziny białek wiążących SECIS która obejmuje SBP2 i pokrewne białko, które niniejszym określamy jako SBP2L. Tutaj pokazujemy, że SBP2L jest paralogiem SBP2 u kręgowców i jest jedyną formą białka wiążącego SECIS u bezkręgowców. białka wiążącego SECIS u bezkręgowców deuterostomów, co sugeruje kluczową rolę w Sec w tych organizmach, ale białko fuzyjne SBP2 / SBP2L nie jest w stanie wspierać inkorporacji Sec in vitro. Dogłębna analiza filogenetyczna białka konserwowanej domeny wiążącej RNA L7Ae sugeruje związek przodków z białkiem rybosomalnym L30. Ponadto opisujemy pojawienie się motywu przed domeną wiążącą RNA SBP2, który wykazuje znaczne podobieństwo do motywem w obrębie syntazy pseudourydyny Cbf5. WNIOSEK: Nasza analiza sugeruje, że białka wiążące SECIS pojawiły się raz w ewolucji ewolucji, ale różniły się znacznie w wielu liniach. Ponadto, prawdopodobnie z powodu duplikacji genów we wczesnej linii kręgowców, SBP2 i SBP2L są paralogami u kręgowców. --- Selenocysteina (Sec), 21. aminokwas, jest włączana do białek poprzez przekodowanie kodonu zakończenia, nieefektywny proces translacji w którym pośredniczy złożona maszyneria molekularna. Sec jest rzadkim aminokwasem w istniejących białkach. białkach, chemicznie podobnym do cysteiny (Cys), występującym w pozycji homologicznej do Cys w rodzinach innych niż selenoproteiny. Selenoproteiny odpowiadają za zależność kręgowców od selenu środowiskowego (Se) i odgrywają ważną rolę w kilku chorobach związanych z niedoborem Se. Selenoproteiny są słabo scharakteryzowanymi enzymami. doniesienia na temat funkcjonalnej wymienności Sec z Cys są ograniczone i kontrowersyjne. kontrowersyjne. Czy wyjątkowa rola Sec w niektórych selenoenzymach ilustruje szerszy udział Se w funkcjonowaniu białek jest nieznany (Gromer S, Johansson L, Bauer H, Arscott LD, Rauch S, Ballou DP, Williams CH Jr, Schirmer RH, Arnér ES. 2003. Miejsca aktywne reduktaz tioredoksyny: dlaczego selenoproteiny? Proc Natl Acad Sci USA. 100:12618-12623). Tutaj odpowiadamy na to pytanie z perspektywy perspektywy ewolucyjnej poprzez jednoczesną identyfikację wzorców rozbieżności w ciągu prawie pół miliarda lat ewolucji kręgowców i różnorodności w obrębie linii ludzkiej dla pełnego zestawu enzymatycznych reszt Sec w tych proteomach. w tych proteomach. Uzupełniamy tę analizę danymi dla homologicznych reszt Cys w tych samych genomach. Nasze wyniki wskazują na skoordynowaną selekcję oczyszczającą w miejscach Sec i Cys we wszystkich selenoproteomach, zgodnie z unikalną rolą Sec w funkcji białka, niską wymienialnością i nieznanym stopniem funkcjonalnej rozbieżności z homologami Cys. Odrębne właściwości biochemiczne Sec, a nie geograficzne rozmieszczenie Se, globalne poziomy O(2) lub koszty metaboliczne Sec koszt metaboliczny, wydają się odgrywać główną rolę w napędzaniu zmian adaptacyjnych w selenoproteomach kręgowców. Lepsze zrozumienie selenoproteomów i neutralnych wzorców ewolucyjnych neutralnych wzorców ewolucyjnych u innych taksonów będzie konieczne, aby w pełni ocenić aby w pełni ocenić ogólność tego wniosku. --- TŁO: Białka zawierające selenocysteinę (Sec), selenoproteiny, są ważną grupą białek ważną grupą białek obecnych we wszystkich 3 królestwach życia. Wraz z szybki postęp badań nad selenoproteinami w erze postgenomicznej, zastosowanie metod bioinformatycznych do identyfikacji selenoprotein w nowo sekwencjonowanych gatunkach staje się coraz ważniejsze. sekwencjonowanych gatunkach staje się coraz ważniejsze. Chociaż selenoproteiny u człowieka i innych kręgowców, badania prymitywnych selenoprotein bezkręgowców bezkręgowców są rzadko opisywane poza owadami i nicieniami. nicienie. WYNIK: Bardziej zintegrowany obraz ewolucji selenoprotein został skonstruowany przy użyciu kilku reprezentatywnych gatunków z różnych epok ewolucyjnych. Używając SelGenAmic, zidentyfikowano 178 genów selenoprotein u 6 bezkręgowców. zidentyfikowano u 6 bezkręgowców: Amphimedon queenslandica, Trichoplax adhaerens, Nematostella vectensis, Lottia gigantean, Capitella teleta i Branchiostoma floridae. Stwierdzono, że Amphioxus ma najbardziej obfite i zróżnicowane selenoproteiny. wariantów selenoprotein spośród wszystkich obecnie scharakteryzowanych zwierząt, w tym specjalną selenoproteinę P (SelP) posiadającą 3 powtarzające się domeny podobne do Trx i Sec na N-końcu i 2 reszty Sec na C-końcu. Struktura tego genu sugeruje istnienie dwóch różnych strategii rozszerzania liczby Sec w SelP w celu zachowania i transportu selenu. Ponadto Ponadto u gąbek zidentyfikowano nowe eukariotyczne selenoproteiny podobne do AphC. WNIOSEK: Porównanie różnych gatunków zwierząt sugeruje, że nawet najbardziej prymitywne zwierzęta posiadają selenoproteiny. prymitywne zwierzęta posiadają zakres i różnorodność selenoproteomów podobną do ludzi. W historii ewolucji pojawiło się tylko kilka nowych selenoprotein, a kilka zostało utraconych. zostało utraconych. Co więcej, masowa utrata selenoprotein u nicieni i owadów owadów prawdopodobnie nastąpiła niezależnie w izolowanych częściowych gałęziach ewolucyjnych. --- Selenoproteiny to zróżnicowana grupa białek zawierających selenocysteinę (Sec), 21. aminokwas. W kodzie genetycznym UGA służy jako sygnał zakończenia i kodon i kodon Sec. Ta podwójna rola wykluczyła automatyczną adnotację selenoprotein. selenoprotein. Ostatnie postępy w obliczeniowej identyfikacji genów selenoprotein geny selenoprotein dostarczyły pierwszego wglądu w rozmiar, funkcje i filogenetyczną różnorodność eukariotycznych selenoproteomów. Tutaj opisujemy identyfikację rodziny selenoprotein o nazwie SelJ. W przeciwieństwie do znanych selenoprotein, SelJ wydaje się być ograniczona do ryb aktynopterygicznych i jeżowców. jeżowców, z homologami Cys występującymi tylko u parzydełkowców. SelJ wykazuje znaczne podobieństwo do krystalin J1 meduz i wraz z nimi stanowi odrębną podrodzinę w dużej rodzinie podrodzinę w obrębie dużej rodziny enzymów ADP-rybozylacji. Zgodnie z jego potencjalną rolą jako krystaliny strukturalnej, SelJ ma preferencyjną i jednorodną ekspresję w soczewce oka we wczesnych stadiach rozwoju danio pręgowanego. Rola strukturalna SelJ kontrastowałaby z większością znanych selenoenzymów. selenoenzymów. Niezwykle wysoce ograniczona dystrybucja filogenetyczna SelJ, jego specjalizacja i analiza porównawcza eukariotycznych selenoproteomów ujawniają różnorodność i funkcjonalną plastyczność selenoprotein i wskazują na mozaikową ewolucję wykorzystania Sec w białkach. --- Podczas gdy sekwencja genomu i zawartość genów są dostępne dla coraz większej liczby organizmów, eukariotyczne selenoproteiny pozostają słabo scharakteryzowane. organizmów, eukariotyczne selenoproteiny pozostają słabo scharakteryzowane. Podwójna rola kodonu podwójna rola kodonu UGA utrudnia identyfikację nowych genów selenoprotein genów selenoprotein. Tutaj opisujemy podejście genomiki porównawczej, które opiera się na przewidywaniu przewidywanie genów z kodonami TGA w ramce, a następnie porównanie przewidywań z różnych genomów, w których konserwacja w regionach regionach flankujących kodon TGA sugeruje funkcję kodowania selenocysteiny. Zastosowanie tej metody do genomów człowieka i fugu pozwoliło zidentyfikować nową rodzinę selenoprotein rodzinę selenoprotein, nazwaną SelU, u rozdymki. Rodzina zawierająca selenocysteinę występowała również u innych ryb, kurczaków, jeżowców, zielonych algach i okrzemkach. Natomiast ssaki, robaki i rośliny lądowe zawierały homologi homologi cysteiny. Wykazaliśmy inkorporację selenu do SelU kurczaka i scharakteryzowaliśmy wzór ekspresji SelU w zarodkach danio pręgowanego. Nasze dane wskazują na rozproszoną ewolucyjną dystrybucję selenoprotein u eukariontów, i sugerują, że w przeciwieństwie do obrazu wyłaniającego się z dostępnych dotychczas danych, prawdopodobnie istnieją inne selenoproteiny specyficzne dla danego taksonu. --- TŁO: Selenoproteiny to zróżnicowana rodzina białek wyróżniająca się obecnością 21. aminokwasu selenocysteiny. obecność 21. aminokwasu, selenocysteiny. Do niedawna wszystkie badane genomy metazoanów kodowały selenoproteiny, a białka te były uważano za niezbędne do życia zwierząt. Podważając to założenie założenie, ostatnie analizy porównawcze genomów owadów ujawniły, że że niektóre genomy owadów utraciły geny selenoprotein. METODOLOGIA / GŁÓWNE USTALENIA: W tym artykule szczegółowo badamy losy selenoprotein selenoprotein i czynników selenoproteinowych we wszystkich dostępnych genomach stawonogów. stawonogów. Używamy różnych podejść genomiki porównawczej in silico, aby szukać znanych genów selenoprotein i czynników zaangażowanych w biosyntezę selenoprotein. biosyntezę selenoprotein. Odkryliśmy, że pięć gatunków owadów całkowicie utraciło zdolność do kodowania selenoprotein i że utrata selenoprotein u tych gatunków, chociaż jak dotąd ogranicza się do infraklasy Endopterygota, nie można przypisać do pojedynczego zdarzenia ewolucyjnego, ale raczej do wielu niezależnych zdarzeń. Utrata selenoprotein i czynników selenoproteinowych jest zwykle połączona z delecją całego już niefunkcjonalnego regionu genomowego, a nie z degradacją sekwencji i wynikającą z niej pseudogenizacją. degradacją sekwencji i wynikającą z niej pseudogenizacją. Taka dynamika wymierania genów jest zgodna z wysokim tempem rearanżacji genomu obserwowanym u Drosophila. Odkryliśmy również, że podczas gdy wiele czynników selenoproteinowych jest jednocześnie z selenoproteinami, inne są obecne i zachowane we wszystkich badanych genomach, niezależnie od wszystkich badanych genomach, niezależnie od tego, czy kodują selenoproteiny czy nie, co sugeruje, że są one zaangażowane w dodatkowe, niezwiązane z selenoproteinami funkcje funkcje związane z selenoproteinami. WNIOSKI/ZNACZENIE: Selenoproteiny zostały niezależnie utracone w kilku gatunków owadów, prawdopodobnie w wyniku rozluźnienia u owadów selektywnych ograniczeń działających na metazoany w celu utrzymania selenoprotein. The selenoprotein u owadów może być związane z podstawowymi różnicami w obronie antyoksydacyjnej między tymi zwierzętami a innymi metazoanami.
Które gatunki lub taksony metazonów są znane z braku selenoprotein?
Niektóre genomy owadów utraciły zdolność syntezy selenoprotein. Zidentyfikowano kilka gatunków owadów bez selenoprotein.