Secis结构及相关因子控制硒蛋白合成的综述

摘要： 硒是一种重要的微量元素，对人体健康具有重大意义，与癌症、神经方面的疾病等密切相关。它大多以硒代半胱氨酸sec的形式存在于硒蛋白中，被称为第21种氨基酸。目前研究表明硒代半胱氨酸在UGA处的插入需要secis结构、secis结合蛋白SBP2、延长因子EFSec等的共同作用，对UGA密码子进行重编码。许多含有sec的蛋白都是催化氧化还原反应的酶，如谷胱甘肽过氧化物酶、碘化钾腺氨酸5′-脱碘酶、琉氧还蛋白还原酶等。该综述讨论secis结构特征及其作用的关键部位、secis与各种控制因子的相互作用，并列出已经发现的secis结构的发现手段。

关键词： 硒蛋白；SBP2；Secis

中图分类号：R917.7文献标识码：A文章编号：1671－7597（2012）0320013－01

真核生物中硒代半胱氨酸的表达需要蛋白因子如延长因子EFSec、secis连接蛋白2（SBP2）以及一种顺式mRNA结构――硒代半胱氨酸插入序列（secis）。它们协同发挥作用。除此以外，UGA密码子重编码的效率还受到硒蛋白mRNA中其它顺式作用元件的调节，如硒代半胱氨酸密码子所处的位置、UGA与secis结构间的距离、与UGA毗邻的颈环结构的出现等。

1 Secis结构

Secis结构是由60个左右的核苷酸组成的RNA序列。它可以在其他因子帮助下将UGA由终止密码转换为编码硒代半胱氨酸的密码子。截止到目前共描述了两种secis结构。他们有几个共同特点：一个开放区域、一个核心还有一个茎一个环。在茎的5′端有AUGAN序列，在茎的3′端有NGAN序列。在核心区域碱基不符合配对原则。Secis核心区的保守序列、颈环结构及基因二级结构的改变都会严重影响secis的功能[1]。

2 Secis结构在细菌和真核生物中的区别

在细菌中，secis结构紧接着出现在编码区UGA密码子之后，它只能作用于一个UGA密码子。它必不可少的的部分包括顺式作用元件、SelB的链接区和颈环结构[2]。硒代半胱氨酸能够在UGA处插入，颈环顶部的SelB停泊位点尤为重要。SelB是细菌中一个特殊的延长因子，它在吸引硒代半胱氨酸的tRNA和调节阅读框在UGA处的通读具重要作用[3]。而Sec-tRNASec的合成需要其他三种因子的作用，它们是SELA、SELC、SELD。

在古生菌和真核细胞中，secis结构出现在mRNA的3' UTR处，位于UGA下游很远处，一般间隔在500到5300个核苷酸之间。所以真核secis结构可以作用于多个UGA密码子。secis结构的颈环处有一反转扭曲结构即kink-turn structure，成为SECIS-binding protein 2（SBP2）的停泊位点，该结构对UGA的重编码有重要作用，也有人猜测该结构是一个分子开关，在有蛋白因子结合时发生构象变化。颈环该处核苷酸的突变将导致secis功能的丧失，表明sbp2是sec插入的关键元件，它可以吸引EFSec元件使之与其相互作用。有研究表明核糖体蛋白L30通过识别secis RNA结构，在硒蛋白的合成过程中也有重要作用，而且SBP2的secis-RNA结合区域中就有一个子域是属于L7Ae/L30家族，而该家族中就包含有核糖体蛋白。同时有研究运用生物序列分析和生物物理手段表明SBP2是Intrinsically Disordered Proteins（IDP）家族的成员。真核生物secis结构在核苷酸水平上并非高度保守，但是其二级结构显示为一致的stem-loopstem-loop 折叠结构。Secis核心区的两个G-A碱基对在所有的真核生物secis结构中都是高度保守的，它们的存在对于secis结构和SBP2、L30两种重要蛋白因子的结合是必须的。对于AAA/G结构，目前我们还不知道它的功能和相互作用关系，在某些secis结构中，这个模式可能会被CCN替代。Secis结构GA碱基对附近区域是高度可变的，它可以影响RNA的Kink-turn区域的折叠，还会影响SBP2、L30两种蛋白因子与secis结构的结合活性。

3 SBP2和EFsec

硒蛋白结合蛋白SBP2是在酵母中发现的，具有846个氨基酸。它是硒代半胱氨酸合成的限制因子。SBP2蛋白因子上有与硒蛋白的mRNA结合的区域，在生物体外和体内的实验均发现SBP2与mRNA结合在一起。有研究表明SBP2在经过一定折叠后，可以与EFsec相互作用，帮助其发挥促进延伸的作用。同时SBP2可能具有避免翻译在UGA处终止的作用。在硒蛋白合成时，延长因子EFSec需要与SBP2共同作用。EFSec与特定的t-RNA形成复合物，作用于UGA密码子使其表达硒代半胱氨酸。研究表明在细菌中，通过SELB因子上的EFSec和secis-RNA连接位点，可以把EFSec和secis都带到核糖体上。EFSec需要与SBP2一起发挥作用。

4 Srcis结构鉴定需要脱碘酶

Secis结构是通过核苷酸序列来定义的。但并非所有的secis结构导致UGA通读后，都有硒代半胱氨酸的插入。Secis结构的确定主要依靠secis可以导致阅读框在UGA终止子处通读的性质，在UGA之后拼接上一段脱碘酶的基因，观察脱碘酶基因的表达情况即可验证。

5 发现secis结构的手段

由于硒蛋白基因的内在特点、阅框内UGA的干扰及其相关联的secis结构的限制，寻找新的硒蛋白比较困难。但是通过软件已经可以成功的寻找secis结构。对已知的secis基因序列进行编辑，可以使用NBLASTP mode in the GeneDB database。

6 结果与讨论

硒蛋白对生物体的健康异常重要。secis结构、SBP2、Efsec等对硒蛋白的表达具有重要作用。但目前对于内源性硒蛋白mRNAs中的secis结构如何调节有机体内硒代半胱氨酸整合进延长肽链的效率，我们了解的不多，需要进一步研究。

参考文献：

[1]Sutija, M.and J.M.Joss,Thyroid hormone deiodinases revisited:

insights from lungfish: a review. J Comp Physiol B 2006;176:87-92.

[2]Mix, H., A.V. Lobanov, and V.N. Gladyshev, SECIS elements in the coding regions of selenoprotein transcripts are functional in higher eukaryotes. Nucleic Acids Res 2007; 35:414-23.