Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

S торговый центр U biquitin типа Mo difier (или SUMO ) белки представляют собой семейство малых белков , которые ковалентно присоединяться и отсоединяться от других белков в клетках , чтобы изменить их функции. Этот процесс называется СУМОилированием (иногда пишется сумоилированием ). SUMOylation является пост-трансляционной модификация участвует в различных клеточных процессах, такие как ядерный - цитозольный транспорт, транскрипционная регуляция, апоптоз , стабильность белка, ответ на стресс, и прогрессии черезклеточный цикл . [1]

Белки SUMO похожи на убиквитин и считаются членами семейства убиквитиноподобных белков . SUMOylation управляется ферментативным каскадом, аналогичным тому, который участвует в убиквитинировании. В отличие от убиквитина, SUMO не используется для маркировки белков для деградации . Зрелые SUMO производится , когда последние четыре аминокислоты этих С-конца были отщепляется , чтобы обеспечить формирование изопептида связи между С-концевого глицина остатком SUMO и акцепторного лизина на белок - мишень.

Члены семьи SUMO часто имеют разные имена; гомолог SUMO у дрожжей , например, называется SMT3 (супрессор mif two 3). Сообщалось о нескольких псевдогенах генов SUMO в геноме человека .

Схема структуры человеческого белка SUMO1, созданная с помощью iMol и основанная на файле PDB 1A5R, структура ЯМР; остов белка представлен лентой, подчеркивающей вторичную структуру; N-конец синего цвета, C-конец красный
Та же самая структура, представляющая атомы в виде сфер, показывает форму белка; человеческий SUMO1, файл PDB 1A5R

Функция [ править ]

SUMO-модификация белков выполняет множество функций. Среди наиболее частых и наиболее изученными являются стабильность белка, ядерный - цитозольная транспорта и транскрипционной регуляции. Как правило, только небольшая часть данного белка является SUMOилированной, и эта модификация быстро отменяется действием deSUMOylating ферментов. Было показано, что SUMOylation целевых белков вызывает ряд различных результатов, включая изменение локализации и партнеров по связыванию. Модификация SUMO-1 RanGAP1 (первый идентифицированный субстрат SUMO) приводит к его транспортировке из цитозоля в комплекс ядерных пор. [2] [3] Модификация Ninein в SUMO приводит к его движению изцентросома к ядру . [4] Во многих случаях SUMO-модификация регуляторов транскрипции коррелирует с ингибированием транскрипции. [5] Чтобы узнать больше, можно обратиться к GeneRIF белков SUMO, например SUMO-1 человека, [6] .

Есть 4 подтвержденных изоформы SUMO у людей; СУМО-1 , СУМО-2 , СУМО-3 и СУМО-4 . На аминокислотном уровне SUMO1 примерно на 50% идентичен SUMO2. [ необходима цитата ] SUMO-2/3 демонстрируют высокую степень сходства друг с другом и отличаются от SUMO-1. SUMO-4 проявляет сходство с SUMO-2/3, но отличается наличием пролина вместо глутамина в положении 90. В результате SUMO-4 не обрабатывается и не конъюгируется в нормальных условиях, а используется для модификации белков при стрессе. -условия вроде голодания. [7]Во время митоза SUMO-2/3 локализуется в центромерах и конденсированных хромосомах, тогда как SUMO-1 локализуется в митотическом веретене и средней зоне веретена, указывая тем самым, что паралоги SUMO регулируют отдельные митотические процессы в клетках млекопитающих. [8] Один из основных продуктов конъюгации SUMO, связанный с митотическими хромосомами, возник в результате конъюгации SUMO-2/3 топоизомеразы II, которая модифицируется исключительно SUMO-2/3 во время митоза. [9] Модификации SUMO-2/3, по-видимому, специфически участвуют в реакции на стресс. [10] SUMO-1 и SUMO-2/3 могут образовывать смешанные цепи, однако, поскольку SUMO-1 не содержит внутренних консенсусных сайтов SUMO, обнаруженных в SUMO-2/3, считается, что эти поли-SUMO цепи обрываются. [11]Серин 2 SUMO-1 фосфорилируется, что поднимает идею «модифицированного модификатора». [12]

Реакция на повреждение ДНК [ править ]

Клеточная ДНК регулярно подвергается воздействию агентов, повреждающих ДНК. Ответ на повреждение ДНК (DDR), который хорошо регулируется и сложен, обычно используется для борьбы с потенциальными пагубными последствиями повреждения. Было показано, что при повреждении ДНК белок SUMO действует как молекулярный клей, облегчая сборку больших белковых комплексов в очагах репарации. [13] Кроме того, SUMOylation может изменять биохимические активности и взаимодействия белков. SUMOylation играет роль в основных репарации ДНК путях базового ремонта иссечения , нуклеотид эксцизионной репарации , негомологичная конец соединения и гомологичного рекомбинационного ремонт. [13] SUMOylation также способствует синтезу транс-повреждений, подверженному ошибкам.

Структура [ править ]

Белки SUMO маленькие; большинство из них около 100 аминокислот в длину и 12 кДа в массе . Точная длина и масса варьируются между членами семейства SUMO и зависят от того, из какого организма поступает белок. Хотя SUMO имеет очень небольшую идентичность последовательности с убиквитином (менее 20%) на уровне аминокислот, он имеет почти идентичную структурную складку. Белок SUMO имеет уникальное N-концевое удлинение из 10-25 анимокислот, которого нет у других униквитин-подобных белков. Этот N-конец связан с образованием цепей SUMO. [14]

Структура SUMO1 человека изображена справа. Он показывает SUMO1 как глобулярный белок с обоими концами аминокислотной цепи (показаны красным и синим), торчащими из центра белка. Сферическое ядро ​​состоит из альфа-спирали и бета-листа . Представленные диаграммы основаны на ЯМР- анализе белка в растворе.

Предсказание прикрепления SUMO [ править ]

Большинство SUMO-модифицированных белков содержат тетрапептидный консенсусный мотив Ψ-KxD / E, где Ψ - гидрофобный остаток, K - лизин, конъюгированный с SUMO, x - любая аминокислота (аа), D или E - кислотный остаток. Субстратная специфичность, по-видимому, происходит непосредственно от Ubc9 и соответствующего субстратного мотива. В настоящее время доступны следующие программы прогнозирования:

  • SUMOplot - онлайн-программа с бесплатным доступом, разработанная для прогнозирования вероятности того, что консенсусная последовательность SUMO (SUMO-CS) будет участвовать в прикреплении SUMO. [15] Система оценки SUMOplot основана на двух критериях: 1) прямое соответствие аминокислот с SUMO-CS, наблюдаемое и показанное для связывания Ubc9, и 2) замена консенсусных аминокислотных остатков аминокислотными остатками, проявляющими аналогичную гидрофобность . SUMOplot использовался в прошлом для предсказания сайтов, зависимых от Ubc9.
  • seeSUMO - использует случайные леса и вспомогательные векторные машины, обученные на данных, собранных из литературы [16]
  • SUMOsp - использует PSSM для оценки потенциальных участков пептида SUMOylation. Он может предсказать сайты, следующие за мотивом ψKXE, и необычные сайты SUMOylation, содержащие другие неканонические мотивы. [17]
  • JASSA - онлайн-предсказатель свободного доступа к сайтам SUMOylation (классический и инвертированный консенсус) и SIM (взаимодействующий мотив SUMO). JASSA использует систему баллов, основанную на матрице частот положения, полученной в результате сопоставления экспериментальных сайтов SUMOylation или SIM. Новые функции были реализованы для лучшей оценки прогноза, включая идентификацию совпадений в базе данных, соответствующих последовательности запроса, и представление сайтов-кандидатов во вторичных структурных элементах и ​​/ или трехмерной складке интересующего белка, которую можно извлечь из депонированных файлов PDB. [18]

Приложение SUMO (SUMOylation) [ править ]

Присоединение SUMO к своей мишени аналогично прикреплению убиквитина (как и других убиквитиноподобных белков, таких как NEDD 8). Предшественник SUMO имеет некоторые дополнительные аминокислоты, которые необходимо удалить, поэтому С-концевой пептид отщепляется от предшественника SUMO протеазой (у человека это протеазы SENP или Ulp1 у дрожжей), чтобы выявить мотив диглицина. Полученный SUMO затем связывается с ферментом E1 (активирующим ферментом SUMO (SAE)), который является гетеродимером. Затем он передается E2, который является конъюгированным ферментом (Ubc9). Наконец, один из небольшого числа лигирующих белков E3 присоединяет его к белку. В дрожжах есть четыре белка SUMO E3, Cst9, [19]Mms21, Siz1 и Siz2. В то время как при убиквитинировании E3 необходим для добавления убиквитина к его мишени, данные свидетельствуют о том, что E2 достаточно для SUMOylation, пока присутствует консенсусная последовательность. Считается, что лигаза E3 способствует эффективности SUMOylation и в некоторых случаях, как было показано, направляет конъюгацию SUMO на неконсенсусные мотивы. Ферменты E3 в значительной степени можно отнести к белкам PIAS, таким как Mms21 (член комплекса Smc5 / 6) и белки Pias-gamma и HECT . На 17-й хромосоме генома человека SUMO2 находится рядом с SUMO1 + E1 / E2 и SUMO2 + E1 / E2, среди множества других. Однако некоторые E3, такие как RanBP2, не являются ни тем, ни другим. [20]Недавние доказательства показали, что PIAS-gamma необходим для SUMOylation фактора транскрипции yy1, но он не зависит от пальца цинкового кольца (идентифицированного как функциональный домен лигаз E3). SUMOylation обратимо и удаляется с мишеней специфическими протеазами SUMO. У почкующихся дрожжей Ulp1 SUMO протеаза обнаруживается связанной в ядерной поре, тогда как Ulp2 является нуклеоплазматической. Четкая субядерная локализация deSUMOylating ферментов законсервирована у высших эукариот. [21]

DeSUMOylation [ править ]

СУМО можно удалить из субстрата, что называется десумоилированием. Эту процедуру опосредуют специфические протеазы (SENP у человека или Ulp1 и Ulp2 у дрожжей). [14]

Роль в очистке белка [ править ]

Рекомбинантные белки, экспрессируемые в E. coli, могут не складываться должным образом, вместо этого образуя агрегаты и выпадая в осадок в виде телец включения . [22] Такая нерастворимость может быть связана с наличием кодонов, неэффективно считываемых E. coli , различиями в рибосомах эукариот и прокариот или отсутствием соответствующих молекулярных шаперонов для правильного сворачивания белков. [23] Для очистки таких белков может потребоваться слияние интересующего белка с меткой растворимости, такой как SUMO или MBP ( мальтозо-связывающий белок ), для увеличения растворимости белка. [23]Позднее SUMO можно отщепить от интересующего белка с помощью SUMO-специфической протеазы, такой как пептидаза Ulp1 . [23]

Белки SUMO человека [ править ]

  • SUMO1
  • SUMO2
  • SUMO3
  • SUMO4

См. Также [ править ]

  • Убиквитин
  • Прокариотический убиквитиноподобный белок

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Hay RT (апрель 2005 г.). «СУМО: история изменений». Молекулярная клетка . 18 (1): 1–12. DOI : 10.1016 / j.molcel.2005.03.012 . PMID  15808504 .
  2. ^ Matunis MJ, Coutavas E, Блобель G (декабрь 1996). «Новая убиквитиноподобная модификация модулирует разделение Ran-GTPase-активирующего белка RanGAP1 между цитозолем и комплексом ядерных пор» . Журнал клеточной биологии . 135 (6 Pt 1): 1457–70. DOI : 10,1083 / jcb.135.6.1457 . PMC 2133973 . PMID 8978815 .  
  3. ^ Махаян R, Delphin С, Гуань Т, Джераче л, Мельхиор F (январь 1997). «Небольшой убиквитин-родственный полипептид, участвующий в нацеливании RanGAP1 на белок комплекса ядерных пор RanBP2». Cell . 88 (1): 97–107. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 81862-0 . PMID 9019411 . S2CID 17819277 .  
  4. ^ Cheng TS, Chang LK, Howng SL, Lu PJ, Lee CI, Hong YR (февраль 2006). «Модификация SUMO-1 центросомного белка hNinein способствует ядерной локализации hNinein». Науки о жизни . 78 (10): 1114–20. DOI : 10.1016 / j.lfs.2005.06.021 . PMID 16154161 . 
  5. Перейти ↑ Gill G (октябрь 2005 г.). «Что-то в СУМО тормозит транскрипцию». Текущее мнение в области генетики и развития . 15 (5): 536–41. DOI : 10.1016 / j.gde.2005.07.004 . PMID 16095902 . 
  6. ^ SUMO1 SMT3 супрессор mif two 3 гомолог 1 (S. cerevisiae)
  7. ↑ Wei W, Yang P, Pang J, Zhang S, Wang Y, Wang MH, Dong Z, She JX, Wang CY (октябрь 2008 г.). «Стресс-зависимое SUMO4 SUMOylation его белков-субстратов». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях . 375 (3): 454–9. DOI : 10.1016 / j.bbrc.2008.08.028 . PMID 18708028 . 
  8. ^ Zhang XD, Goeres J, Чжан H, Yen TJ, Портер AC, Matunis MJ (март 2008). «Модификация и связывание SUMO-2/3 регулируют ассоциацию CENP-E с кинетохорами и прохождение через митоз» . Молекулярная клетка . 29 (6): 729–41. DOI : 10.1016 / j.molcel.2008.01.013 . PMC 2366111 . PMID 18374647 .  
  9. ^ Адзума Y, Arnaoutov A, Дассо M (ноябрь 2003). «SUMO-2/3 регулирует топоизомеразу II в митозе» . Журнал клеточной биологии . 163 (3): 477–87. DOI : 10,1083 / jcb.200304088 . PMC 2173648 . PMID 14597774 .  
  10. ^ Saitoh H, J Hinchey (март 2000). «Функциональная гетерогенность малых модификаторов убиквитин-связанных белков SUMO-1 по сравнению с SUMO-2/3» . Журнал биологической химии . 275 (9): 6252–8. DOI : 10.1074 / jbc.275.9.6252 . PMID 10692421 . 
  11. ↑ Matic I, van Hagen M, Schimmel J, Macek B, Ogg SC, Tatham MH, Hay RT, Lamond AI, Mann M, Vertegaal AC (январь 2008 г.). «Идентификация in vivo участков полимеризации небольших убиквитин-подобных модификаторов человека с помощью высокоточной масс-спектрометрии и стратегии in vitro to in vivo» . Молекулярная и клеточная протеомика . 7 (1): 132–44. DOI : 10.1074 / mcp.M700173-MCP200 . PMC 3840926 . PMID 17938407 .  
  12. ↑ Matic I, Macek B, Hilger M, Walther TC, Mann M (сентябрь 2008 г.). «Фосфорилирование SUMO-1 происходит in vivo и сохраняется в процессе эволюции». Журнал протеомных исследований . 7 (9): 4050–7. DOI : 10.1021 / pr800368m . PMID 18707152 . 
  13. ^ a b Джалал Д., Чалиссери Дж, Хассан А.Х. (2017). «Поддержание генома в Saccharomyces cerevisiae: роль SUMO и SUMO-направленных убиквитиновых лигаз» . Nucleic Acids Res . 45 (5): 2242–2261. DOI : 10.1093 / NAR / gkw1369 . PMC 5389695 . PMID 28115630 .  
  14. ^ a b Гейсс-Фридлендер, Рут; Мельхиор, Фрауке (декабрь 2007 г.). «Концепции сумоилирования: десятилетие спустя» . Обзоры природы Молекулярная клеточная биология . 8 (12): 947–956. DOI : 10.1038 / nrm2293 . ISSN 1471-0080 . 
  15. ^ Граматикофф К. и др. In Frontiers of Biotechnology and Pharmaceuticals, Science Press (2004) 4: pp.181-210.
  16. ↑ Teng S, Luo H, Wang L (июль 2012 г.). «Предсказание сайтов SUMOylation белка по признакам последовательности». Аминокислоты . 43 (1): 447–55. DOI : 10.1007 / s00726-011-1100-2 . PMID 21986959 . S2CID 14360760 .  
  17. ^ Рен, Цзянь; Гао, Синьцзяо; Цзинь, Чанцзян; Чжу, Мэй; Ван, Сивэй; Шоу, Эндрю; Вэнь, Лунпин; Яо, Сюэбяо; Сюэ, Ю (2009). «Систематическое изучение белка SUMOylation: разработка сайт-специфичного предиктора SUMOsp 2.0». Протеомика . 9 (12): 3409–3412. DOI : 10.1002 / pmic.200800646 . PMID 19504496 . 
  18. ^ Beauclair G, Bridier-Nahmias А, Zagury ДФ, Саиб А, Zamborlini А (ноябрь 2015). «JASSA: комплексный инструмент для прогнозирования сайтов SUMOylation и SIM-карт» . Биоинформатика . 31 (21): 3483–91. DOI : 10.1093 / биоинформатики / btv403 . PMID 26142185 . 
  19. ↑ Cheng CH, Lo YH, Liang SS, Ti SC, Lin FM, Yeh CH, Huang HY, Wang TF (август 2006). «Модификации SUMO контролируют сборку синаптонемного комплекса и поликомплекса в мейозе Saccharomyces cerevisiae» . Гены и развитие . 20 (15): 2067–81. DOI : 10,1101 / gad.1430406 . PMC 1536058 . PMID 16847351 .  
  20. ^ Пихлер A, Knipscheer P, Saitoh H, Sixma TK, Мельхиор F (октябрь 2004). «Лигаза RanBP2 SUMO E3 не является ни HECT-, ни RING-типом». Структурная и молекулярная биология природы . 11 (10): 984–91. DOI : 10.1038 / nsmb834 . PMID 15378033 . S2CID 28085778 .  
  21. ^ Mukhopadhyay D, Дассо M (июнь 2007). «Модификация в обратном направлении: протеазы SUMO». Направления биохимических наук . 32 (6): 286–95. DOI : 10.1016 / j.tibs.2007.05.002 . PMID 17499995 . 
  22. ^ Берджесс, Ричард; Дойчер, Мюррей (2009). «Руководство по очистке белков». Методы в энзимологии (2-е изд.). 463 : 259–282. DOI : 10.1016 / S0076-6879 (09) 63017-2 . PMID 19892177 . 
  23. ^ a b c Куо, Деннис; Не, Минхуа; Кури, Альберт (2014). Теги сродства к белку. Методы молекулярной биологии (методы и протоколы) . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Humana Press. С. 71–80. ISBN 978-1-4939-1034-2.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Ульрих HD (октябрь 2005 г.). «Взаимодействие между системами SUMO и убиквитина: призыв к непринятию конкуренции». Тенденции в клеточной биологии . 15 (10): 525–32. DOI : 10.1016 / j.tcb.2005.08.002 . PMID  16125934 .
  • Гилл Джи (октябрь 2005 г.). «Что-то в СУМО тормозит транскрипцию». Текущее мнение в области генетики и развития . 15 (5): 536–41. DOI : 10.1016 / j.gde.2005.07.004 . PMID  16095902 .
  • Ли М., Го Д., Исалес К.М., Эйзирик Д.Л., Аткинсон М., Ше Дж. Х., Ван Си (июль 2005 г.). «СУМО в борьбе с диабетом 1 типа». Журнал молекулярной медицины . 83 (7): 504–13. DOI : 10.1007 / s00109-005-0645-5 . PMID  15806321 . S2CID  29252987 .
  • Верже А, Пердомо Дж, Кроссли М (февраль 2003 г.). «Модификация с помощью SUMO. Роль в регуляции транскрипции» . EMBO Reports . 4 (2): 137–42. DOI : 10.1038 / sj.embor.embor738 . PMC  1315836 . PMID  12612601 .
  • Peroutka III RJ, Orcutt SJ, Strickler JE, Butt TR (2011). «Технология слияния SUMO для повышения экспрессии и очистки белка у прокариот и эукариот». Экспрессия гетерологичных генов в кишечной палочке . Методы молекулярной биологии. 705 . С. 15–30. DOI : 10.1007 / 978-1-61737-967-3_2 . ISBN 978-1-61737-966-6. PMID  21125378 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Группа гомологий SUMO1 из HomoloGene
  • белки SUMO человека на ExPASy: SUMO1 SUMO2 SUMO3 SUMO4

Программы для предсказания SUMOylation:

  • Программа анализа SUMOplot - прогнозирует и оценивает сайты SUMOylation в вашем белке (от Abgent)
  • seeSUMO - предсказание сайтов SUMOylation
  • SUMOsp - прогнозирование сайтов SUMOylation
  • JASSA - Предсказывает и оценивает сайты SUMOylation и SIM (взаимодействующий мотив SUMO)

Исследовательские лаборатории [ править ]