硒（Selenium, Se）是生命体必需的微量元素，主要通过硒蛋白（Selenoprotein）发挥生物功能。硒蛋白含有独特的第21种氨基酸——硒代半胱氨酸（Selenocysteine, Sec, U）。硒蛋白在维持细胞氧化还原稳态、抵御氧化胁迫、调控铁死亡以及维持免疫功能等方面发挥着关键作用，并且硒缺乏与多种病理状态密切相关。与常规氨基酸不同，Sec是在特殊的翻译机制下，由终止密码子UGA编码。在哺乳动物中，该过程依赖位于mRNA 3′UTR的SECIS元件、SECIS结合蛋白SECISBP2以及Sec特异性延伸因子等多分子协同作用。然而，由于Sec的稀有性及其翻译体系的特殊性，目前人类仅鉴定出25种硒蛋白。Sec的插入作为终止密码子通读的代表性事件，可能仍存在许多尚未被识别的“暗物质”，其组成与调控机制亟需深入揭示。

中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心张耀阳课题组长期致力于硒蛋白质组学的系统性研究。团队此前开发了Sec特异性的质谱方法（Sec-specific mass spectrometry, SecMS）和非SECIS依赖的硒蛋白数据库（SECIS-independent selenoprotein database, SIS）（PMID: 30174312, 35101211）^{1, 2}，实现了硒蛋白的特异性检测，并在小鼠中绘制了首张组织特异性硒蛋白图谱，发现了新的硒蛋白候选物，为研究奠定了坚实的基础。近期，团队进一步开发了基于深度学习的DeepSecMS方法（PMID: 40693414）³，构建了大规模的Sec肽段谱图库，显著提升了硒蛋白的鉴定能力，并发现了大量新型硒蛋白候选物，为解析硒蛋白质组提供了强大的技术支撑。近日，张耀阳课题组在Redox Biology上发表了一篇题为“3S-DB Identifies an RNA Repository Facilitating Stop Codon Readthrough for Selenocysteine Insertion and Selenoproteome Expansion”的研究论文。在该项研究中，研究人员聚焦SECIS结合蛋白2（SECISBP2），构建了3S-DB（SECISBP2-bound RNA sequencing-supported selenoprotein database, SSS-DB or 3S-DB）数据库，探究了硒蛋白遗传密码调控的新机制。

在本研究中，研究团队创新性地聚焦于硒蛋白合成机制中的核心RNA结合蛋白SECISBP2，通过开发SECISBP2-RIP-Seq技术（图1），构建了硒蛋白RNA数据库3S-DB。该数据库共收录1333个与SECISBP2特异性结合的RNA，其中包含大多数已知的硒蛋白转录本，这些RNA具有通过UGA密码子重编码实现Sec插入的潜力。通过荧光素酶报告系统及与已知硒蛋白RNA的融合实验，研究团队成功验证了ATP5MJ和PDF等候选RNA的3'UTR特定片段具有显著的SECIS活性，能够有效促进Sec的插入（图2）。该研究不仅建立了实验数据驱动的硒蛋白RNA资源库，还发现了新型SECIS功能元件。

图1. SECISBP2-RIP-Seq方法的实验流程。

综上，此项研究构建的3S-DB数据库，首次提供了RNA层面的实验证据，填补了硒蛋白研究领域的关键空白，为发现新型SECIS元件和潜在硒蛋白提供了强大平台。3S-DB与selenoDB、SIS-DB、SecMS和DeepSecMS等硒蛋白研究资源形成完整技术体系，其整合应用将有助于深入揭示硒蛋白质组的复杂性、合成机制及其生物学意义。这项研究不仅为硒蛋白质组学研究提供了丰富的数据资源和研究策略，还为探索其他非经典翻译终止事件开辟了新路径，为探索遗传密码调控、解密基因组"暗物质"及其在人类疾病中的作用提供了新见解。

图2. 通过SECISBP2-RIP-Seq技术构建3S-DB数据库，揭示新型SECIS RNA元件促进UGA通读及Sec插入。

中国科学院生物与化学交叉研究中心张耀阳研究员为本文的通讯作者，司晨芳博士为本文的第一作者。中国科学院生物与化学交叉研究中心刘南研究员为该工作提供了宝贵的支持和帮助。本项目得到了国家自然科学基金、中国科学院及上海市科委的基金支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.redox.2025.103888

参考文献：

1. https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2018.08.006
2. https://doi.org/10.1016/bs.mie.2021.10.022
3. https://doi.org/10.1002/advs.202504109