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Selenoproteine - Biochemische Grundlagen und klinische Bedeutung / SPP 1087

Selenoproteins - Biochemical Basis and Clinical Aspects

16.09.2003

Programmbeschreibung / Programme Summary

Das Schwerpunktprogramm "Selenoproteine - Biochemische Grundlagen und klinische Bedeutung" befasst sich mit einer neuen ungewöhnlichen Proteingruppe, für deren Funktion die proteinogene 21. Aminosäure Selenocystein essentiell ist. Das für Tiere und einige Mikroorganismen lebenswichtige Spurenelement Selen entfaltet seine biologische Wirkung vor allem über diese Selenoproteine. Der kotranslationale Einbau von Selenocystein erfolgt unter besonderen Voraussetzungen an UGA-Codons, die normalerweise einen Kettenabbruch des Proteins programmieren. Im Kontext einer bestimmten Haarnadelsekundärstruktur in 3’-Position des UGA-Codons der mRNAs von Selenoproteinen erfolgt mit spezifischen, zum Teil selenabhängigen Translationsfaktoren und einer besonderen, mit Selenocystein beladenen tRNA der Einbau von Selenocystein. Im interdisziplinären Schwerpunktprogramm werden die biochemischen Grundlagen der Biosynthese der Aminosäure Selenocystein und deren Einbau in Selenoproteine untersucht. Ebenso wird die Struktruranalyse der beteiligten Komponenten mit modernen Verfahren durchgeführt. Die funktionelle Analyse der bereits bekannten und der neuen Selenoproteine (es werden zwischen 30 bis 50 erwartet) und Untersuchungen zur Regulation ihrer Expression sollen weitere Informationen über die Bedeutung von Selen in der normalen Physiologie und unter pathologischen Zuständen ergeben. Die bisher bekannten Selenoproteine spielen eine zentrale Rolle beim antioxidativen Zellschutz (Glutathionperoxidasen), bei der Kontrolle des zellulären Redoxstatus und der Transkription (Thioredoxinreduktasen), im Schilddrüsenhormonstoffwechsel (Deiodasen), in der Spermatogenese sowie bei der bakteriellen Energiegewinnung.

The priority programme "Selenoproteins - Biochemical Basis and Clinical Aspects" deals with a new peculiar group of proteins, which contain the proteinogenic 21st amino acid selenocysteine as essential component of their active site. The trace element selenium, which is essential for animals and some microorganisms, acts mainly via these selenoproteins. Cotranslational incorporation of selenocysteine occurs in the context of a specific hairpin loop in 3’-position of UGA codons of mRNAs encoding selenoproteins. Special, partly selenium-dependent translation factors and a selenocysteine-charged tRNA are required and prevent chain termination usually programmed by UGA. Analysis of the biosynthesis of the amino acid selenocysteine and its incorporation into selenoproteins is one of the research topics of this interdisciplinary priority programme. A further aim is the resolution of the structures of components involved. Functional characterization of known and new selenoproteins and investigations on the regulation of expression of selenoproteins will reveal information on the biological role of selenium in normal physiology and in pathological conditions and diseases. Between 30 and 50 mammalian selenoproteins are expected to exist. Selenoproteins so far known are involved in antioxidative cellular defense (glutathione peroxidases), regulation of cellular redox state and transcription (thioredoxin reductases), thyroid hormone metabolism (deiodinases), spermatogenesis, and bacterial generation of energy. Selenium status has also been linked to various forms of cancer. The interdisciplinary links between genetics, microbiology, developmental biology, biochemistry, and medicine in the projects of this priority research programme will provide synergisms to advance this exciting field of life sciences.

Sprecher / Spokesperson:

Professor Dr. Josef Köhrle
Institut für Experimentelle Endokrinologie des Universitätsklinikum Charité der Humboldt-Universität zu Berlin
Schumannstraße 20/21 · 10117 Berlin
Tel.: (030) 450-524021 · Fax.: (030) 450-524922
E-Mail: josef.koehrle@charite.de

Further Information: www.charite.de/selenoproteine/deutsch/index1.html