セレノシステイン：構造、生合成、機能

構造と生合成

セレノシステインは、専用の転移RNA（tRNA[Sec]）上で合成され、リボソームが特定のコドン文脈に遭遇した際にタンパク質へ挿入される。多くの生物では、下流側にSECISエレメントと呼ばれるmRNAの構造シグナルが存在すると、終止コドンUGAがセレノシステインを指定するコドンとして再解釈される。この再コーディングには特殊化したタンパク質因子と固有の生合成経路が必要である。この経路では、まずtRNAにセリンが結合し、次いでリボソームへ運ばれる前にセレノシステインへ変換される。

特徴と化学的性質

• セレノシステインはセレンを含むため、そのセレン–水素結合およびセレン–炭素に関わる化学は、硫黄を含む類縁体とは異なる。
• システインと比べて、セレノシステインは一般に求核性が高く、異なる電位および反応速度で酸化還元反応に関与できる。
• 電子移動、還元、または過酸化反応を伴う反応では、その存在によって酵素の触媒効率が高まることが多い。

生物学的役割と例

セレノシステインは、細菌、古細菌、真核生物にわたる多様な酵素に見いだされる。とりわけ、酸化ストレス防御、酸化還元調節、甲状腺ホルモン代謝に関与するタンパク質で多くみられる。代表的なセレノタンパク質の分類には、以下が含まれる。

• 過酸化物を還元するグルタチオンペルオキシダーゼおよびペルオキシレドキシン様酵素。
• 酸化還元バランスを維持するチオレドキシンレダクターゼ。
• 甲状腺ホルモンを活性化または不活性化する脱ヨウ素酵素。

これらの機能により、セレノシステイン含有タンパク質は細胞の抗酸化防御および代謝調節にとって重要である。その欠如または機能不全は生理学的過程に影響しうるため、生物医学研究の対象となっている。

歴史と注目すべき事実

セレノシステインは、セレン原子が非特異的な汚染物質として存在するだけでなく、特定のタンパク質部位に組み込まれていることを研究者らが見いだした後、独立したアミノ酸として認識された。終止コドンを再解釈するというその組み込み様式は、遺伝暗号が機能しうる方法を予想外に拡張するものであった。その後のゲノム研究およびプロテオーム研究により、多くの系統でセレノタンパク質が記載されてきたが、その数と種類は種によって大きく異なる。

他の物質との区別と参考情報

セレノシステインは、タンパク質に非特異的に利用されうる、別のセレン含有アミノ酸であるセレノメチオニンと混同してはならない。専用tRNA、SECISエレメント、特殊化した因子を伴うセレノシステイン特有の生物学的な取り扱いは、標準的なアミノ酸と区別される。アミノ酸とタンパク質翻訳の基礎については一般的な資料を、tRNAと再コーディング機構の詳細については翻訳に関する参考資料を参照されたい。酵素の例および生理学的役割については、生化学の資料にある総説、またはセレノタンパク質を収載するデータベースを参照できる。