Molecular studies of the enzymes involved in selenocysteine synthesis in Trypanosoma brucei and Leishmania major

Umas das principais formas biológicas de incorporação do selênio é na forma de um aminoácido denominado selenocisteína (Sec, U), que é incorporado co-traducionalmente ao polipeptídio nascente em posições específicas do códon UGA, que normalmente é reconhecido como códon de parada. A incorporação de selenocisteína em E. coli já está completamente esclarecida, com a participação dos genes que codifica para selenocisteína sintase (SELA), seril-tRNA sintetase (SerRS), um tRNASec específico (SELC), selenofosfato sintetase (SELD) e um fator de elongação próprio (SELB). Entretanto em eucariotos não há homólogos para SELA e existem evidências de haver a necessidade de dois passos enzimáticos que substituem a atividade desempenhada por SELA, com uma fosforilação da serina seguida de uma selenilação através das enzimas Fosfo-Seril-tRNASec Kinase (PSTK) e Sep-tRNA:Sec-tRNA sintase (SepSecS), respectivamente. A via de biossíntese e incorporação de selenocisteína é muito estudada em alguns organismos, mas ainda pouco explorada em Kinetoplastida. Nesse sentido, realizaram-se estudos moleculares das enzimas envolvidas nessa via, mais especificamente em Trypanosoma brucei e Leishmania major. Foram identificados o elemento SECIS na região 3´ do mRNA que atua no reconhecimento do códon UGA interno e, em fase de leitura na inserção de selenocisteína em Leishmania major e Leishmania infantum; a incorporação de Se75 em proteínas de Leishmania; a ocorrência do tRNASec em Trypanosoma e Leishmania e, adicionalmente todos os genes necessários para a síntese de selenocisteína: SELB, SELD, PSTK e SECp43. Foram obtidos clones dos genes selB e selD em vetor de expressão pET28a(+) e as proteínas foram expressas em bactérias Escherichia coli cepa BL21 (DE3). A proteína recombinante SELD foi purificada em cromatografia de afinidade e seu pI e massa molecular foram determinados usando as técnicas de sistema Phast de eletroforese e gel nativo. As proteínas SELB, SELD, SECp43 e Seril tRNA sintetase foram imunolocalizadas no citoplasma de células nativas de T. brucei. Uma nova metodologia \"PTP tagging\" foi utilizada para estudos de interação protéica com uso de proteínas alvos SECp43, SELB e PSTK na busca de novas proteínas ligantes na via de selenocisteínas em T. brucei. Futuras investigações moleculares e estruturais das enzimas envolvidas na via de selenocisteína em Kinetoplastida poderão trazer informações relevantes no entendimento da biossíntese desse aminoácido, assim como possibilitar o desenvolvimento de inibidores específicos visando o tratamento de doenças causadas pelos parasitas Trypanosoma brucei e Leishmania major.One of the main biological forms of the selenium incorporation is the amino acid form named selenocysteine (Sec, U), which is incorporated co-translationally at the emerging new polypeptide in the specific positions at the UGA codon, that is usually recognized as stop codon. The incorporation of the selenocysteine in E.coli is already solved with the involvement of the genes that codify to selenocysteine synthase (SELA), seryl tRNA synthetase (SerRS), a specific tRNASec (SELC), selenophosphate synthetase (SELD) and a selenocysteine-specific translation elongation factor (SELB). However, in eukarya there is no SELA homologue, but there are evidences about the requirement of the two enzymatic steps that replace the activity performed by SELA, the fosforilation of the serine followed by selenocysteylation through the phosphoseryl-tRNASec kinase (PSTK) and Sep-tRNA:Sec-tRNA synthase (SepSecS) enzymes, respectively. Currently, the selenocysteine synthesis and its incorporation is more studied in many organisms, but less explored in Kinetoplastid. Subsequently, the molecular studies were done with the enzymes involved in this pathway, especially in Trypanosoma brucei and Leishmania major. The SECIS element was identified in the region 3´ of the mRNA, that acts in the recognition of the UGA codon positioned within a gene\'s open reading frame on the insertion of the selenocysteine in Leishmania major and Leishmania infantum; the incorporation of 75Se into Leishmania proteins, the occurrence of selenocysteine-tRNASec in both Leishmania and Trypanosoma; in addition, the finding of all genes necessary for selenocysteine synthesis, such as: SELB, SELD, PSTK, and SECp43. Clones were obtained from the selB and selD genes in the pET28a(+) expression vector and the enzymes were expressed in Escherichia coli BL21 (DE3). The recombinant SELD protein was purified by affinity chromatography and its pI and molecular mass were determined using: isoeletrophocusing electrophoresis and native gel. The proteins SELB, SELD, SECp43, and sery-tRNA synhetase were immune located in the cytoplasm in T. brucei native cells. A new methodology \"PTP tagging\" was utilized for protein interaction studies by using target proteins SECp43, SELB and PSTK to search new tagged proteins in selenocysteine T. brucei synthesis. Future molecular and structural investigation of the enzymes involved in Kinetoplastida selenocysteine biosynthesis will provide relevant information for understanding of the synthesis of this amino acid as well as the development of the specific inhibitors, focusing the treatment of the disease caused by Trypanosoma brucei e Leishmania major parasites