La sélénocystéine (abréviations IUPAC-IUBMB : Sec et U) est un acide non standard dont l'énantiomère L est l'un des aminés protéinogènes, encodé sur les ARN messagers par le codon-stop opale UGA en présence d'une séquence d'insertion dite . Il s'agit d'un analogue sélénié de la cystéine qui entre dans la constitution de certaines enzymes de la classe des oxydoréductases, qu'on nomme sélénoprotéines. On dénombre actuellement trois gènes codant des sélénoprotéines chez E. coli. La tellurocystéine est un autre analogue de la cystéine, avec un atome de tellure à la place du sélénium.
Contrairement à la plupart des acides aminés non standards, qui n'appartiennent pas à la série des aminés codés directement par le code génétique, la sélénocystéine n'est pas formée sur la protéine par modification post-traductionnelle d'acides aminés standards après la traduction de l'ARNm, mais est incorporée directement lors de la synthèse de la chaîne polypeptidique par le ribosome.
Historique Un acide aminé comportant du sélénium a été isolé en 1941Horn MJ, Jones DB, Isolation from Astragalus pectinatus of a crystalline amino acid complex containing selenium and sulfur, J Biol Chem, 1941;139:649-660, identifié plus tard comme une méthylsélénocystéineTrelease SF, Di Somma AA, Jacobs AL, Seleno-amino acid found in Astragalus bisulcatus, Science, 1960;132:618-618. En 1976, on démontre que cette dernière est le composant sélénié des sélénoprotéinesCone JE, Del Rio RM, Davis JN, Stadtman TC, Chemical characterization of the selenoprotein component of clostridial glycine reductase: identification of selenocysteine as the organoselenium moiety, Proc Natl Acad Sci U S A, 1976;73:2659-2663.
Synthèse Malgré son nom, la sélénocystéine dérive métaboliquement de la sérine, convertie en sélénocystéine alors que le résidu d'acide aminé est déjà lié à un ARN de transfert de sélénocystéine, noté ARNtSec. Structurellement, en revanche, elle est analogue à une molécule de cystéine dont on aurait remplacé l'atome de soufre par du sélénium, le groupe thiol étant remplacé par un groupe sélénol.
La formation du sélénocystéinyl-ARNtSec commence par l'estérification d'une molécule d'ARNtSec par une molécule de sérine sous l'action de la séryl-ARNt-synthétase pour former le séryl-ARNtSec. Ce dernier est ensuite converti en sélénocystéinyl-ARNtSec par plusieurs enzymes.
Chez les bactéries, la réaction est directe et catalysée par une seule enzyme, la sélénocystéine-synthase : L-séryl-ARNtSec + L-sélénocystéinyl-ARNtSec + phosphate.
Chez les archées et les eucaryotes, en revanche, la réaction se déroule en deux étapes ; tout d'abord, la O-phosphoséryl-ARNtSec-kinase convertit le séryl-ARNtSec en O-phosphoséryl-ARNtSec, puis la O-phosphoséryl-ARNt:sélénocystéinyl-ARNt-synthase convertit ce dernier en sélénocystéinyl-ARNtSec :
ATP + L-séryl-ARNtSec ADP + O-phospho-L-séryl-ARNtSec ; O-phospho-L-séryl-ARNtSec + + L-sélénocystéinyl-ARNtSec + 2 phosphate.
Ces enzymes utilisent le sélénophosphate SePO33− comme donneur activé de sélénium, produit par la sélénophosphate-synthase à partir de séléniure Se2−.
Incorporation dans les protéines Des sélénocystéines sont incorporées dans plusieurs métalloenzymes, telles que la glutathion-peroxydase, la thiorédoxine-réductase, les iodothyronine-désiodases (thyroxine- et thyroxine-), la glycine réductase ou encore certaines formiate-déshydrogénases et hydrogénases.
Cette incorporation est un processus complexe, car il n'existe pas à proprement parler de codon spécifique pour cet acide aminé. Dans l'ARN messager, à la position correspondant à la sélénocystéine dans la protéine, on trouve un codon UGA, qui est normalement un codon-STOP (appelé « opale »), signal d'arrêt de la traduction. Il y a cependant un ARNt spécifique permettant l'incorporation de cet acide aminé dans la chaîne polypeptidique en formation, dont l'anticodon est complémentaire de UGAChambers I, Frampton J, Goldfarb P, Affara N, McBain W, Harrison PR, The structure of the mouse glutathione peroxidase gene: the selenocysteine in the active site is encoded by the `termination' codon, TGA, EMBO J, 1986;5:1221-1227. La discrimination entre le codon UGA codant la sélénocystéine du codon-STOP UGA nécessite un mécanisme spécifique :
il existe une machinerie protéique particulière qui s'associe à l'ARNt sélénocystéine pour diriger son incorporation au site A du ribosome pendant l'étape d'élongation. Il s'agit de l'isopenténylation du complexe Sélénocystéinyl-ARNtSec, qui correspond à l'ajout d'une courte chaîne hydrocarbonée sur une Adénine de l'ARNt ; l'ARN messager porte un élément de structure secondaire spécifique appelé élément SECIS (pour Selenocystein Insertion Sequence) qui est impliqué dans le recrutement du complexe protéine/ARNt chargé. Le sélénocystéinyl-ARNt est alors incorporé au site A du ribosome.
Chez les bactéries, le système est composé du facteur protéique SelB, homologue au facteur d'élongation « classique » EF-Tu capable de reconnaître les 20 autres aminoacyl-ARNt. SelB est homologue à EF-Tu sur sa partie et de ce fait est capable de lier le GTP, l'ARNt chargé et d'interagir avec le ribosome. Il possède de plus une extension composée de quatre domaines en "winged-helix" se liant avec une très forte affinité (nM) à l'élément SECIS, une épingle-à-cheveux, ou « tige-boucle », dans l'ARNm située peu après le codon UGA. L'élément SECIS est composé d'une quarantaine de nucléotides de séquence variable mais dont certains éléments invariants et nécessaires à l'interaction avec SelB ont pu être mis en évidence.
Chez les eucaryotes et les archées, le mécanisme est légèrement différent. Chez les eucaryotes, deux protéines en complexe, mSelB et SBP2, jouent respectivement le rôle de facteur d'élongation et de liaison aux éléments SECIS. Ces derniers sont également différents en séquence et en taille des SECIS procaryotes, et se situent le plus souvent en 3' hors de la partie codante du gène.
Notes et références
Articles connexes
Cystéine Méthylsélénocystéine Sérine Sélénoprotéine
Catégorie:Acide alpha-aminé Catégorie:Sélénol Catégorie:Acide aminé protéinogène