Das Element Selen, benannt nach der griechischen Göttin des Mondes, wurde kurz nach Tellur von Berzelius 1817 entdeckt. Die Biochemie des Selens hat ihre Wurzeln jedoch in Deutschland. Die Entdeckung von Selen als essentiellem Spurenelement für Säugetiere durch Klaus Schwarz (1957) geht auf Studien zurück, die er bereits in den späten 40er Jahren am Kaiser-Wilhelm-Institut in Heidelberg begonnen hatte. Am Brückenschlag zwischen Ernährungsphysiologie und Enzymologie des Selens war das Team von Flohé in Tübingen 1973 mit der ersten quantitativen Selen-Analyse eines Säugetier-Selenoproteins mit bekannter Funktion, der Glutathionperoxidase (GPx), maßgeblich beteiligt. Ohne die erste proteinchemische Totalsequenzierung der GPx durch Günzler (1984) in Aachen wäre die Entdeckung von Chambers & Harrison (1987), daß das TGA-Codon für den Einbau der 21. Aminosäure Selenocystein in dieses Protein kodiert, wohl nicht möglich gewesen. Als weitere Meilensteine seien genannt die ersten Röntgenstrukturanalysen eines Selenoproteins durch Epp et al. (1983) in München, die gemeinsame Identifizierung der Typ I 5'-Deiodase (5'DI) im Schilddrüsenhormonstoffwechsel als Selenoprotein interdisziplinär durch die Arbeitsgruppen um Behne, Berlin, und Köhrle, Hannover (Behne et al. 1990), und die Verifizierung der Selenoproteinnatur der Phospholipid-Hydroperoxid-Glutathion-Peroxidase (PHGPx) durch Schuckelt et al.1991 in Aachen. In der Würzburger Selenarbeitsgruppe gelang zuerst die Klonierung und funktionelle Promotor-Charakterisierung des menschlichen Selenoproteins P (Dreher et al. 1997), die chromosomale Lokalisation des humanen 5'DI-Gens (Jakobs et al. 1997) und der erste Nachweis der hormonellen Regulation der erst vor zwei Jahren als Selenoprotein erkannten Thioredoxinreduktase (Schütze et al.1998a). Wichtige Beiträge zur Rolle von Selenoproteinen im männlichen Reproduktionssystem kommen aus deutschen Gruppen (Behne 1997, Maiorino et al. 1998).

Auch bei der Selenbiochemie der Mikroorganismen wurden in Deutschland Pionierleistungen erbracht. Die ersten bakteriellen Selenoproteine wurden ebenfalls 1973 zeitgleich in Deutschland (Andreesen et al.Göttingen, jetzt Halle) und USA (Turner & Stadtman., Bethesda) beschrieben. Eine Reihe weiterer bakterieller Selenoproteine und ihre Rolle im Stoffwechsel wurde durch die Hallenser Gruppe funktionell charakterisiert (Kreimer et al.1995; Wagner et al.1999, Kabisch et al.1999). Die Mitte der 80er Jahre erfolgte elegante Entschlüsselung einer Expansion des genetischen Codes und der höchst komplexen Biosynthese von Selenoproteinen bei Prokaryonten unter Einbau der 21. Aminosäure Selenocystein, molekularbiologische und genetische Spitzenleistungen, sind untrennbar mit dem Namen Böck (München) assoziiert (Böck et al.1991a,b).

Selen übt seine physiologische Wirkung in der Regel als integraler Bestandteil von Proteinen aus, in die es als Selenocystein inkorporiert wird. Mit Hilfe von radioaktiven Selenisotopen lassen sich in Selenmangeltieren Selenoproteine selektiv markieren und nach elektrophoretischer Trennung autoradiographisch visualisieren (Behne et al.1988, 1996). Nach derartigen Versuchen wird die Anzahl von Selenoproteinen in Säugetieren auf 30-50 geschätzt. Weniger als 15 derartiger Banden konnte bislang sequenzmäßig charakterisiert werden, einer noch kleineren Zahl konnte eine enzymatische Funktion zugeordnet werden. Zu den identifizierten und relativ gut charakterisierten Selenoproteinen gehören vier Glutathionperoxidasen (cytosolische GPx, gastrointestinale GPx, Plasma-GPx, Phospholipid-Hydroperoxid-GPx), drei Thioredoxinreduktasen (TrxR), drei Deiodasen (D), die Selenophosphatsynthetase-2, das im Plasma vorkommende Selenoprotein P sowie eine verwandte Form im bovinen Hirn (SeP12) und Selenoprotein W. Der diesbezügliche Kenntnisstand ist in Tab. 1 zusammengefaßt.

In allen diesen Selenoproteinen liegt Selen als Selenocystein vor, das, soweit untersucht, für die effiziente Katalyse der Selenoenzyme essentiell ist (Maiorino et al. 1995; Gromer et al. 1998; Köhrle 1999b). Substitution des Selenocysteins durch Cystein führt zu einem Aktivitätsabfall der Enzyme von 2-3 Zehnerpotenzen.

Während bei Prokaryonten auch schon posttranslational mit Selen modifizierte Enzyme, z.B. die Kohlenmonoxid-(CO)-Dehydrogenase, ein äußerst komplexes Selen- und Molybdän-haltiges Eisen-Schwefel-Flavo-Protein, charakterisiert und in ihrer Struktur bereits aufgeklärt wurden (Gremer et al.1999, Dobbeck et al.1999), sind solche Seleno-Proteine in Vertebraten noch nicht beschrieben worden, werden aber vermutet. Im Prokaryontensystem charakterisierte neue Selenoproteine, die im Peroxiredoxin- oder Thioredoxinsystem ihre Funktion entfalten, sind von eminenter Bedeutung für die funktionelle Analyse eukaryontischer Selenoproteine. Der erfolgreiche funktionelle und molekularbiologische Nachweis mehrere Selenoproteine in Eubakterien sowie dem Clostridien-Cluster XI (Wagner et al.1999, Kabisch et al.1999, Kreimer et al.1995), die für die Energiegewinnung dieser Organismen insbesondere unter Stressbedingungen (und für die Wirtsinteraktion?) essentiell sind und dann induzert werden, deutet darauf hin, daß diese Selenoproteine für zusätzliche Stoffwechselleistungen, Pathogenitäts-mechanismen und möglicherweise auch therapeutische Ansätze bei klinisch relevanten Problemkeimen von großer Bedeutung sind.

Tabelle 1: Bisher identifizierte eukaryontische Selenoproteine und ihre Funktion

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