You are here

    • You are here:
    • Home > Unveiling the role of selenocysteine, the mysterious 21st amino acid

Unveiling the role of selenocysteine, the mysterious 21st amino acid

Unveiling the role of selenocysteine, the mysterious 21st amino acid

06
Mar
Wed, 06/03/2019 - 16:00

Unveiling the role of selenocysteine, the mysterious 21st amino acid

CRG researchers have discovered that selenocysteine is also preserved in fungi, contrary to existing belief

EN ESPAÑOL - EN CATALÀ

  • Selenocysteine is an essential amino acid for certain species, such as humans and the other vertebrates, although it has disappeared from others, such as insects
  • CRG researchers have discovered that it is also preserved in fungi, contrary to existing belief
  • Understanding the role it plays in these organisms may help us to understand why it is essential to human health
  • The study has been published in Nature Microbiology

All the cells of an organism contain a copy of DNA in their nucleus. In order to implement the instructions it contains, this DNA must be copied into an RNA molecule, which reaches the ribosomes, which in turn read this information and synthesise proteins. The codons, animo acid triplets that form proteins and are the markers the ribosomes need to know how to produce each protein, are key in this transition process. There exist a total of 61 codons that code for 20 amino acids, and three codons that act as stop signals in the translation process.

Nevertheless, certain organisms use an extra amino acid, selenocysteine, dubbed the 21st amino acid, which lacks its own codon and uses a stop codon after modifying it. For this purpose, it avails itself of complex machinery, with specific enzymes and RNA; this process can prove to be very costly for the cell. But why? What function does this amino acid have in proteins? Why is it present in humans and in the other vertebrates whereas, on the other hand, other species have lost it? Now, researchers from the Centre for Genomic Regulation (CRG) in Barcelona, part of the Barcelona Institute of Science and Technology (BIST), in collaboration with CRG Alumni Marco Mariotti and Vadim N. Gladyshev, from the Harvard Medical School (USA), and Gustavo Salinas, from the University of the Republic in Uruguay, have shed some light on these questions.

“In previous studies, we discovered that the machinery of selenocysteine had been lost many times in the course of evolution and we began to take an interest in why it disappears so easily in some groups but not in others”, explains the ICREA Research Professor Toni Gabaldón, head of the CRG’s Comparative Genomics group.

The fungi were the only organism kingdom in which a species with selenocysteine had never been found, and the researchers decided to focus on them, leveraging the recent publication of a thousand fungi genomes in public-access databases. On analysing them, they discovered, as they reported in the article published in Nature Microbiology, that nine of the 1,000 species actually did have this amino acid.

“It came as a surprise to us, because no fungi were believed to have selenocysteine”, says Gabaldón, which explains why the nine species they discovered that did have it belong to relatively unsequenced groups of fungi that “diverged at an early stage in the evolution of fungi, which means that we will probably find more cases of selenocysteine when more genomes of these groups are sequenced”.

The ancestor of the fungi that they have identified with this amino acid also had it. Certain lineages have retained it, whereas others have lost it, which could also be the case in other organisms. “The question that remains to be answered is why it is lost in some organisms whereas in others these genes are essential”, says Gabaldón. “Understanding why selenocysteine is important in fungi and other branches of the tree of life may help us to understand why it is so important to our species and to define what makes selenium essential to human health”, he concludes.

For more information and interviews, please, contact: Gloria Lligadas, Head of Communications & PR, Centre for Genomic Regulation (CRG) – gloria.lligadas@crg.eu – Tel. +34 933160153 – Mobile +34608550788

Funding Acknowledgements: Research leading to these results has been supported by National Institutes of Health grants DK117149, AG021518 and CA080946. Funding for the open access charge was provided by the National Institutes of Health.

Reference: Research in this press release is based on findings published in the following academic paper:

Mariotti M, Salinas G, Gabaldón T, Gladyshev VN. “Utilization of selenocysteine in early-branching fungal phyla.” Nat Microbiol. 2019 Feb 11. DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41564-018-0354-9 


EN ESPAÑOL

Desvelando el papel de la selenocisteína, el misterioso aminoácido 21

  • La selenocisteína es un aminoácido esencial para algunas especies, como los humanos y el resto de vertebrados, pero ha desparecido de otras, como los insectos
  • Los investigadores del CRG han descubierto que también está conservada en los hongos, al contrario de lo que hasta ahora se creía
  • Entender qué función desempeña en estos organismos puede ayudar a desvelar por qué es clave para la salud humana
  • El estudio se ha publicado en Nature Microbiology

Todas las células de un organismo contienen una copia de ADN en su núcleo. Para poder implementar las instrucciones que contiene, ese ADN se tiene que copiar en una molécula de ARN, que llega a los ribosomas, encargados de leer esa información y de sintetizar proteínas. En ese proceso de traducción, resultan esenciales los codones, tripletes de aminoácidos que forman las proteínas y que son las marcas que los ribosomas necesitan para saber cómo fabricar cada proteína. En total hay 61 codones que codifican para 20 aminoácidos y 3 codones que actúan como señales de parada en el proceso de traducción.

No obstante, algunos organismos utilizan un aminoácido extra, la selenocisteína, apodada el aminoácido 21, que carece de codón propio y que utiliza, modificándolo, un codón de parada. Para ello, requiere de una maquinaria compleja, con unas enzimas y un ARN específicos; un proceso que a la célula le resulta muy costoso. Pero ¿por qué? ¿Qué función tiene este aminoácido en las proteínas? ¿Por qué está presente en los humanos y resto de vertebrados y, en cambio, otras especies lo han perdido? Ahora un equipo de investigadores del Centro de Regulación Genómica (CRG) en Barcelona, parte del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST), en colaboración con Marco Mariotti, alumni del CRG, y Vadim N. Gladyshev, de la Harvard Medical School (EEUU), y Gustavo Salinas, de la Universidad de la República en Uruguay, han arrojado luz sobre estas cuestiones.

“En estudios anteriores ya habíamos descubierto que la maquinaria de la selenocisteína se había perdido muchas veces a lo largo de la evolución y nos interesó preguntarnos por qué desaparece con facilidad en unos grupos y en otros no”, explica el profesor de investigación ICREA Toni Gabaldón, al frente del grupo de Genómica Comparativa del CRG.

Los hongos era el único reino de los organismos en el que nunca se había encontrado una especie con selenocisteína y los investigadores decidieron centrarse en ellos aprovechando que recientemente se han publicado mil genomas de hongos en bases de datos de acceso libre. Tras analizarlos, descubrieron, tal como reportan en el artículo publicado en Nature Microbiology, que nueve especies de las 1000 sí tenían este aminoácido.

“Fue una sorpresa porque se pensaba que no había hongos que tuvieran selenocisteína”, dice Gabaldón, que explica que las nueve especies que han descubierto que lo tienen pertenecen a grupos de hongos poco secuenciados, que “han divergido de forma temprana en la evolución de los hongos, por lo que probablemente cuando se secuencien más genomas de estos grupos, encontraremos más veces la selenocisteína”.

El ancestro de los hongos que han identificado con este aminoácido también lo tenía. Algunos linajes lo han retenido mientras que en otros se ha perdido, algo que también podría pasar en otros organismos. “La pregunta que queda abierta es por qué se pierde en algunos organismos mientras que en otros son genes esenciales”, lanza Gabaldón. “Entender por qué la selenocisteína es importante en los hongos y otras ramas del árbol de la vida puede ayudarnos a entender por qué es tan importante para nuestra especie, y definir qué hace esencial el selenio para la salud humana”, remacha.

Para más información y entrevistas, por favor, contactad a: Gloria Lligadas, Directora de Comunicación y RRPP, Centro de Regulación Genómica (CRG) – gloria.lligadas@crg.eu – Tel. +34 933160153 – Móvil +34608550788

Información sobre la financiación de este estudio: La investigación que ha producido estos resultados ha recibido el apoyo de los National Institutes of Health (NIH), bajo las ayudas DK117149, AG021518 y CA080946. La financiación para cubrir los costes de publicación en acceso abierto procede de los National Institutes of Health (NIH).

Referencia: El estudio descrito en esta nota de prensa está basado en descubrimientos publicados en la siguiente publicación académica:

Mariotti M, Salinas G, Gabaldón T, Gladyshev VN. “Utilization of selenocysteine in early-branching fungal phyla.” Nat Microbiol. 2019 Feb 11. DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41564-018-0354-9 


EN CATALÀ

Desvelant el paper de la selenocisteïna, el misteriós aminoàcid 21

  • La selenocisteïna és un aminoàcid essencial per a algunes espècies, com els humans i la resta de vertebrats, però ha desaparegut en d’altres, com els insectes.
  • Els investigadors del CRG han descobert que també està conservada en els fongs, al contrari del que es creia fins ara
  • Entendre quina funció acompleix en aquests organismes pot ajudar a desvelar per què és clau per a la salut humana
  • L’estudi s’ha publicat a Nature Microbiology

Totes les cèl·lules d’un organisme contenen una còpia d’ADN al seu nucli. Per poder implantar les instruccions que conté, aquest ADN s’ha de copiar en una molècula d’ARN, que arriba als ribosomes, encarregats de llegir aquesta informació i de sintetitzar proteïnes. En aquest procés de traducció, resulten essencials els codons, triplets d’aminoàcids que formen les proteïnes i que són les marques que els ribosomes necessiten per saber com fabricar cada proteïna. En total hi ha 61 codons que codifiquen per a 20 aminoàcids i 3 codons que actuen com a senyals de parada en el procés de traducció.

Això no obstant, alguns organismes empren un aminoàcid extra, la selenocisteïna, anomenada l’aminoàcid 21, a qui manca un codó propi i que utilitza, modificant-lo, un codó de parada. Fer això requereix d’una maquinària complexa, amb uns enzims i un ARN específics; un procés que a la cèl·lula li resulta molt costós. Però, per què? Quina funció té aquest aminoàcid a les proteïnes? Per què està present en els humans i la resta de vertebrats i, en canvi, d’altres espècies l’han perdut? Ara, un equip d’investigadors del Centre de Regulació Genòmica (CRG) a Barcelona, part del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST), en col·laboració amb Marco Mariotti, alumni del CRG, i Vadim N. Gladyshev, de la Harvard Medical School (EUA), i Gustavo Salinas, de la Universidad de la República a Uruguay, han intentat esclarir aquestes qüestions.

“En estudis anteriors ja havíem descobert que la maquinària de la selenocisteïna s’havia perdut molts cops al llarg de l’evolució i ens interessava preguntar-nos per què desapareix amb facilitat ens uns grups i en d’altres no”, explica el professor de recerca ICREA Toni Gabaldón, al capdavant del grup Genòmica Comparativa del CRG.

Els fongs eren l’únic regne dels organismes en el qual mai s’havia trobat una espècie amb selenocisteïna i els investigadors decidiren centrar-se en ells aprofitant que recentment s’han publicat mil genomes de fongs en bases de dades d’accés lliure. Després d’analitzar-los, descobriren, tal i com reporten a l’article publicat a Nature Microbiology, que 9 espècies de les 1.000 sí tenien aquest aminoàcid.   

“Fou una sorpresa, perquè es pensava que no hi havia fongs que tinguessin selenocisteïna”, diu Gabaldón, que explica que les nou espècies que han descobert que el tenen pertanyen a grups de fongs poc seqüenciats, que “han divergit de forma primerenca en l’evolució dels fongs, fet pel qual probablement quan se seqüenciïn més genomes d’aquests grups, trobarem més vegades la selenocisteïna.

L’ancestre dels fongs que han identificat amb aquest aminoàcid també el tenia. Alguns llinatges l’han retingut, mentre que en d’altres s’ha perdut, cosa que també podria passar en altres organismes. “La pregunta que queda oberta és per què es perd en alguns organismes mentre que en d’altres són gens essencials”, llança Gabaldón. “Entendre per què la selenocisteïna és important en els fongs i d’altres branques de l’arbre de la vida pot ajudar-nos a comprendre per què és tan important per a la nostra espècie, i definir què fa essencial el seleni per a la salut humana”, conclou.

Para a més informació i entrevistes, si us plau contacteu a: Glòria Lligadas, Directora de Comunicació i Relacions Públiques, Centre de Regulació Genòmica (CRG) – gloria.lligadas@crg.eu – Tel. +34 93 316 01 53 – Mòbil +34 608 550 788

Informació sobre el finançament d’aquest estudi: La recerca que ha produït aquests resultats ha rebut el suport dels National Institutes of Health (NIH), sota els ajuts DK117149, AG021518 i CA080946. El finançament per cobrir els costos de publicació en accés obert procedeix dels National Institutes of Health (NIH).

Referència: L’estudi descrit en aquesta nota de premsa està basat en descobriments publicats en la següent publicació acadèmica:

Mariotti M, Salinas G, Gabaldón T, Gladyshev VN. “Utilization of selenocysteine in early-branching fungal phyla.” Nat Microbiol. 2019 Feb 11. DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41564-018-0354-9