セレノプロテイン

分子生物学では、セレノプロテインとは、セレノシステイン（Sec、U、Se-Cys）アミノ酸残基を含むタンパク質を指します。機能的に特徴付けられたセレノプロテインには、5 つのグルタチオンペルオキシダーゼ（GPX）と 3 つのチオレドキシン還元酵素（TrxR/TXNRD）があり、どちらも Sec を 1 つだけ含みます。^[1]セレノプロテイン P は、血漿中に見つかる最も一般的なセレノプロテインです。ヒトの場合、10 個の Sec 残基を含み、2 つのドメインに分かれているため、珍しいものです。1 つの Sec を含む長い N 末端ドメインと、9 つの Sec を含む短い C 末端ドメインです。長い N 末端ドメインは酵素ドメインである可能性が高く、短い C 末端ドメインは、非常に反応性の高いセレン原子を体全体に安全に輸送する手段である可能性があります。^{[2] [3]}

セレノプロテインは、真核生物、細菌、古細菌など、生命のあらゆる主要ドメインに存在します。真核生物では、セレノプロテインは動物では一般的ですが、他の門ではまれであるか存在しません。緑藻の クラミドモナスではセレノプロテインが特定されていますが、他の植物や菌類ではほとんど確認されていません。アメリカンクランベリー（Vaccinium macrocarpon Ait.）は、ミトコンドリアゲノムにセレノシステインを生成するための配列レベルの機構を持つことが知られている唯一の陸上植物ですが^{（いつ？）}、その機能性レベルはまだ決定されていません。^[4]細菌と古細菌では、セレノプロテインは一部の系統にのみ存在し、他の多くの系統群ではまったく存在しません。これらの観察結果は現在、全ゲノム解析によって確認されており、それぞれの生物におけるセレンタンパク質遺伝子とセレンタンパク質合成のための補助遺伝子の存在または非存在が示されています。^[5]

セレノシステインを含むセレノタンパク質のほかに、細菌種から知られているセレノタンパク質もいくつかあり、^[6]セレンが非共有結合している。これらのタンパク質のほとんどは、活性部位にモリブドプテリン補因子へのセレン化物リガンドを含むと考えられている（例： Eubacterium barkeriのニコチン酸脱水素酵素、またはキサンチン脱水素酵素）。セレンはまた、いくつかのtRNAの修飾塩基に特異的に組み込まれている（2-セレノ-5-メチルアミノメチルウリジンとして）。

さらに、セレンは、メチオニン残基を置換する非特異的に組み込まれたセレノメチオニンとしてタンパク質に存在します。このような非特異的に組み込まれたセレノメチオニン残基を含むタンパク質は、セレンタンパク質とは見なされません。ただし、すべてのメチオニンをセレノメチオニンに置き換えることは、多くのタンパク質のX線結晶構造決定中に位相問題を解決するために広く使用されている最近の技術です（MAD位相決定）。メチオニンをセレノメチオニンに置き換えることは（少なくとも細菌細胞では）、システインの代わりにセレノシステインを非特異的に組み込むことは非常に有毒であると思われます。これが、セレノシステイン生合成とセレンタンパク質への特異的組み込みのかなり複雑な経路が存在する理由の1つであり、これにより、中間体としての遊離アミノ酸の発生が回避される可能性があります。したがって、セレノシステインを含むセレノプロテインが食事中に摂取され、セレン源として使用されたとしても、セレノプロテインに組み込むための新しいセレノシステインを合成する前に、アミノ酸を分解する必要があります。

セレンは、ヒトを含む動物にとって重要な栄養素である^[7]。これまでに、約25種類のセレノシステイン含有セレンタンパク質がヒトの細胞と組織で観察されている^[8] 。セレンが不足すると細胞はセレンタンパク質を合成できなくなるため、セレン摂取量が少ない場合に生じる健康への影響の多くは、1つまたは複数の特定のセレンタンパク質の不足によって引き起こされると考えられている。TXNRD1（TR1）、TXNRD2（TR3）、グルタチオンペルオキシダーゼ4（GPX4）の3つのセレンタンパク質は 、マウスのノックアウト実験で必須であることがわかっている。一方、食事中のセレンが多すぎると毒性作用を引き起こし、セレン中毒を引き起こす可能性がある。この元素の必須濃度と毒性濃度の閾値はかなり狭く、10〜100倍の範囲にある。

ヒトにおけるセレノプロテインN（SELENON、旧SEPN1）の変異は、SELENON関連ミオパチーとして知られる先天性筋ジストロフィーのサブタイプを引き起こす。^{[9] [10]}

ヒトのセレンタンパク質には以下のものが含まれます。

• ヨードチロニン脱ヨードナーゼ1-3: DIO1、DIO2、DIO3
• グルタチオンペルオキシダーゼ：GPX1、GPX2、GPX3、GPX4、GPX6 ^[11]
• セレノタンパク質: SelH (C11orf31)、SelI (EPT1)、SelK、SelM、SelN ( SEPN1 )、SelO、SelP ( SEPP1 )、SelR ( MSRB1 )、SelS、SelT、SelV、SelW ( SEPW1 )、Sel15 ^[12]
• セレノリン酸合成酵素 2 (SEPHS2、SPS2)
• チオレドキシン還元酵素1-3: TXNRD1、TXNRD2、TXNRD3

細菌のセレンタンパク質には以下のものがあります。

• 大腸菌: FdhH -、 FdhN -、 FdhO -複合体

• SECIS要素
• 水銀中毒