ラトガース大学の科学者が国際チームの一員として、土壌や水、一部の食品に含まれ、体内の抗酸化作用を高める必須微量ミネラルであるセレンを25の特殊なタンパク質に組み込むプロセスを解明し、癌から糖尿病まで多くの疾患の新しい治療法の開発に役立つ発見をした。この研究は、2022年6月16日付けのScience誌の論文で詳述されており、細胞や生物の生物学の多くの側面にとって重要な、セレンが細胞内の必要な場所に到達する過程について、これまでで最も詳細な説明がなされている。
まず、セレンは必須アミノ酸であるセレノシステイン（Sec）の中に封入される。Secは、25種類のいわゆるセレノプロテインに取り込まれ、これらのタンパク質はすべて、細胞や代謝のプロセスの鍵を握っている。ラトガース大学ロバート・ウッド・ジョンソン医科大学生化学・分子生物学科のポール・コープランド教授（PhD）らは、これらの重要なメカニズムの仕組みを詳細に理解することは、新しい治療法の開発にとって極めて重要であるとしている。この研究の著者であるコープランド博士は、「この研究によって、これまで見たこともないような構造が明らかになり、そのうちのいくつかは、生物学全体で見てもユニークなものだ」と述べている。このScience誌の論文は「セレノシステインUGAコドンを解読する哺乳類リボソームの構造（Structure of the Mammalian Ribosome As It Decodes the Selenocysteine UGA Codon）」と題されている。
コープランド博士と研究チームは、特殊な低温電子顕微鏡を使って、細胞のメカニズムを可視化することに成功した。この顕微鏡は、光ではなく電子ビームを使って、複雑な生物学的構造をほぼ原子レベルの分解能で3次元画像化する。このプロセスでは、分子複合体の凍結サンプルを使用し、高度な画像処理、すなわち現在の膨大なコンピューター処理能力を用いて何千もの画像をつなぎ合わせ、3次元断面図や、生体分子内の動きを伝えるストップモーションアニメーションを作成することができる。その結果、タンパク質やその他の生体分子の複雑な構造、さらにはこれらの構造が細胞の「機械」として機能する際にどのように動き、変化するかを見ることができるようになったのだ。
セレンの取り込みは、個々の細胞の複雑な機構の奥深くで行われる。この科学者らは、どのタンパク質とRNA（タンパク質の生産に関与するすべての細胞に存在する核酸）の分子がこのプロセスを可能にするのか、すでに知っていた。しかし、これらの因子がどのように連動してサイクルを完成させ、細胞のリボソーム（RNAを結合してさらにタンパク質を作る大型の高分子機械）の機能を決定するのかという重要なステップを見出すことはできなかった。その結果、このプロセスは、人体の他の場所で起こることが分かっているプロセスとは異なるものであることが分かった。
「このアミノ酸は、ユニークなRNA分子に結合され、それがユニークなタンパク質因子を介してリボソームへと運ばれなければならない。そして、この全てが、この一握りのタンパク質にセレンを取り込ませるために、特別にヒトで進化したのだ。」と、過去20年間、これらの生体分子が生化学的なレベルでどのように機能するかを理解するために研究を行ってきたコープランド博士は語っている。
Secがセレンタンパク質に取り込まれると、タンパク質は成長と発達に必要なさまざまな重要な機能を果たすようになる。：DNAの構成要素であるヌクレオチドを生成する。エネルギー源となる脂肪を分解・貯蔵する。細胞膜を作る。人体の代謝をコントロールする甲状腺ホルモンを生成する。そして、酸化ストレスに対応し、細胞内の化学反応性副産物を無毒化する。
癌、心臓病、男性不妊症、糖尿病、甲状腺機能低下症などの病気や障害は、セレノプロテインの生産が妨げられると発生する可能性がある。
「Secが組み込まれるメカニズムを理解することは、多くの疾患状態に対する新しい治療法を開発するための基礎となるだろう」とコープランド博士は述べている。
この研究は、ドイツ・ベルリンの医学物理・生物物理研究所、ドイツ・ベルリンのマックスプランク分子遺伝学研究所、イリノイ州シカゴのイリノイ大学の科学者が中心となって行ったものだ。
