stringtranslate.com

СУМО белок

В молекулярной биологии белки SUMO ( S small U biquitin -like Mo difier) ​​представляют собой семейство небольших белков , которые ковалентно присоединяются к другим белкам в клетках и отсоединяются от них для изменения их функции. Этот процесс называется SUMOylation (произносится как soo-muh-lā-shun и иногда пишется как sumoylation ). SUMOylation — это посттрансляционная модификация, участвующая в различных клеточных процессах, таких как ядерно - цитозольный транспорт, транскрипционная регуляция, апоптоз , стабильность белков, реакция на стресс и прогрессирование через клеточный цикл . [1]

Белки SUMO похожи на убиквитин и считаются членами семейства убиквитин-подобных белков . SUMOилирование направляется ферментативным каскадом, аналогичным тому, который участвует в убиквитинировании. В отличие от убиквитина, SUMO не используется для маркировки белков для деградации . Зрелый SUMO образуется, когда последние четыре аминокислоты C-конца отщепляются , что позволяет образовать изопептидную связь между C-концевым остатком глицина SUMO и акцепторным лизином на целевом белке.

Члены семейства SUMO часто имеют разные названия; гомолог SUMO в дрожжах , например, называется SMT3 (супрессор mif two 3). Было сообщено о нескольких псевдогенах для генов SUMO в геноме человека .

Схема структуры человеческого белка SUMO1, созданная с помощью iMol на основе файла PDB 1A5R, ЯМР-структуры; остов белка представлен в виде ленты, подчеркивающей вторичную структуру; N-конец выделен синим цветом, C-конец выделен красным цветом
Та же структура, представляющая атомы в виде сфер, показывает форму белка; человеческий SUMO1, файл PDB 1A5R

Функция

Модификация белков SUMO имеет много функций. Среди наиболее частых и наиболее изученных - стабильность белка, ядерно - цитозольный транспорт и регуляция транскрипции . Обычно только небольшая часть данного белка SUMOилируется, и эта модификация быстро отменяется под действием деSUMOилирующих ферментов. Было показано, что SUMOилирование целевых белков вызывает ряд различных результатов, включая измененную локализацию и партнеров по связыванию. Модификация RanGAP1 SUMO-1 ( первый идентифицированный субстрат SUMO) приводит к его перемещению из цитозоля в комплекс ядерных пор. [2] [3] Модификация нинеина SUMO приводит к его перемещению из центросомы в ядро . [4] Во многих случаях модификация регуляторов транскрипции SUMO коррелирует с ингибированием транскрипции. [5] Можно обратиться к GeneRIF белков SUMO, например, человеческого SUMO-1, [6] , чтобы узнать больше.

У людей подтверждено 4 изоформы SUMO : SUMO-1 , SUMO-2 , SUMO-3 и SUMO-4 . На уровне аминокислот SUMO1 примерно на 50% идентичен SUMO2. [ требуется ссылка ] SUMO-2/3 демонстрируют высокую степень сходства друг с другом и отличаются от SUMO-1. SUMO-4 демонстрирует сходство с SUMO-2/3, но отличается наличием пролина вместо глутамина в позиции 90. В результате SUMO-4 не обрабатывается и не конъюгируется в нормальных условиях, но используется для модификации белков в стрессовых условиях, таких как голодание. [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, что указывает на то, что паралоги SUMO регулируют различные митотические процессы в клетках млекопитающих. [8] Один из основных продуктов конъюгации SUMO, связанный с митотическими хромосомами, возник из конъюгации SUMO-2/3 топоизомеразы II, которая модифицируется исключительно SUMO-2/3 во время митоза. [9] Модификации SUMO-2/3, по-видимому, участвуют конкретно 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 он завершает эти поли-SUMO цепи. [11] Серин 2 SUMO-1 фосфорилируется, что порождает концепцию «модифицированного модификатора». [12]

Реакция на повреждение ДНК

Клеточная ДНК регулярно подвергается воздействию агентов, повреждающих ДНК. Реакция на повреждение ДНК (DDR), которая хорошо регулируется и сложна, обычно используется для борьбы с потенциальными пагубными последствиями повреждения. Когда происходит повреждение ДНК, было показано, что белок SUMO действует как молекулярный клей, облегчая сборку больших белковых комплексов в очагах восстановления. [13] Кроме того, SUMOилирование может изменять биохимическую активность и взаимодействия белка. SUMOилирование играет роль в основных путях репарации ДНК : репарации эксцизии оснований , репарации эксцизии нуклеотидов , негомологичном соединении концов и гомологичной рекомбинационной репарации. [13] SUMOилирование также облегчает синтез трансляции, подверженный ошибкам.

Структура

Белки SUMO небольшие; большинство из них имеют длину около 100 аминокислот и массу 12 кДа . Точная длина и масса различаются между членами семейства SUMO и зависят от того, из какого организма получен белок. Хотя SUMO имеет очень мало идентичности последовательности с убиквитином (менее 20%) на уровне аминокислот, он имеет почти идентичную структурную складку. Белок SUMO имеет уникальное N-концевое расширение из 10-25 аминокислот, которого нет у других убиквитиноподобных белков. Этот N-конец связан с образованием цепей SUMO. [14]

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

Прогнозирование прикрепления SUMO

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

SUMO-крепление (SUMOylation)

Присоединение SUMO к своей цели похоже на присоединение убиквитина (как и для других убиквитин-подобных белков, таких как NEDD 8). У предшественника SUMO есть некоторые дополнительные аминокислоты, которые необходимо удалить, поэтому C-концевой пептид отщепляется от предшественника SUMO протеазой (у человека это протеазы SENP или Ulp1 у дрожжей), чтобы выявить диглициновый мотив. Полученный SUMO затем связывается с ферментом E1 (SUMO Activating Enzyme (SAE)), который является гетеродимером (субъединицы SAE1 и SAE2 ). Затем он передается E2, который является конъюгирующим ферментом (Ubc9). Наконец, один из небольшого числа лигирующих белков E3 прикрепляет его к белку. У дрожжей 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 при SUMOylation, пока присутствует консенсусная последовательность. Считается, что лигаза E3 повышает эффективность SUMOylation и в некоторых случаях, как было показано, направляет конъюгацию SUMO на неконсенсусные мотивы. Ферменты E3 можно в значительной степени классифицировать на белки PIAS, такие как Mms21 (член комплекса Smc5/6) и белки Pias-gamma и HECT . На хромосоме 17 генома человека SUMO2 находится рядом с SUMO1+E1/E2 и SUMO2+E1/E2, среди прочих. Однако некоторые E3, такие как RanBP2, не являются ни тем, ни другим. [20] Недавние данные показали, что PIAS-гамма требуется для SUMOylation фактора транскрипции yy1, но он не зависит от цинк-RING пальца (идентифицированного как функциональный домен лигаз E3). SUMOylation обратим и удаляется из мишеней специфическими SUMO протеазами. У почкующихся дрожжей SUMO протеаза Ulp1 обнаруживается связанной в ядерной поре, тогда как Ulp2 является нуклеоплазматической. Отчетливая субъядерная локализация деSUMOylating ферментов сохраняется у высших эукариот. [21]

ДеСУМОилирование

SUMO может быть удален из его субстрата, что называется деSUMOилированием. Специфические протеазы опосредуют эту процедуру (SENP у человека или Ulp1 и Ulp2 у дрожжей). [14]

Роль в очистке белка

Рекомбинантные белки, экспрессируемые в E. coli, могут не сворачиваться должным образом, вместо этого образуя агрегаты и осаждаясь в виде включений . [22] Эта нерастворимость может быть вызвана наличием кодонов, которые неэффективно считываются E. coli , различиями в эукариотических и прокариотических рибосомах или отсутствием соответствующих молекулярных шаперонов для правильного сворачивания белка. [23] Для очистки таких белков может потребоваться слияние интересующего белка с меткой растворимости, такой как SUMO или MBP ( белок, связывающий мальтозу ), чтобы увеличить растворимость белка. [23] SUMO впоследствии может быть отщеплен от интересующего белка с помощью SUMO-специфической протеазы, такой как пептидаза Ulp1 . [23]

Белки SUMO человека

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Hay RT (апрель 2005 г.). «SUMO: история модификации». Molecular Cell . 18 (1): 1–12. doi : 10.1016/j.molcel.2005.03.012 . PMID  15808504.
  2. ^ Matunis MJ, Coutavas E, Blobel G (декабрь 1996 г.). «Новая убиквитин-подобная модификация модулирует распределение активирующего Ran-GTPase белка RanGAP1 между цитозолем и комплексом ядерной поры». The Journal of Cell Biology . 135 (6 Pt 1): 1457–70. doi :10.1083/jcb.135.6.1457. PMC 2133973 . PMID  8978815. 
  3. ^ Махаджан Р., Дельфин К., Гуан Т., Джерейс Л., Мельхиор Ф. (январь 1997 г.). «Небольшой полипептид, связанный с убиквитином, участвующий в нацеливании RanGAP1 на комплексный белок ядерной поры 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 г.). «Модификация SUMO-1 центросомального белка hNinein способствует ядерной локализации hNinein» (PDF) . Life Sciences . 78 (10): 1114–20. doi :10.1016/j.lfs.2005.06.021. PMID  16154161.
  5. ^ Gill G (октябрь 2005 г.). «Что-то в SUMO ингибирует транскрипцию». Current Opinion in Genetics & Development . 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 субстратных белков». Biochemical and Biophysical Research Communications . 375 (3): 454–9. doi :10.1016/j.bbrc.2008.08.028. PMID  18708028.
  8. ^ Zhang XD, Goeres J, Zhang H, Yen TJ, Porter AC, Matunis MJ (март 2008 г.). «Модификация и связывание SUMO-2/3 регулируют ассоциацию CENP-E с кинетохорами и прогрессирование через митоз». Molecular Cell . 29 (6): 729–41. doi :10.1016/j.molcel.2008.01.013. PMC 2366111 . PMID  18374647. 
  9. ^ Azuma Y, Arnaoutov A, Dasso M (ноябрь 2003 г.). «SUMO-2/3 регулирует топоизомеразу II в митозе». The Journal of Cell Biology . 163 (3): 477–87. doi :10.1083/jcb.200304088. PMC 2173648. PMID 14597774  . 
  10. ^ Saitoh H, Hinchey J (март 2000 г.). «Функциональная гетерогенность малых убиквитин-связанных белковых модификаторов 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.). «In vivo идентификация участков полимеризации человеческого малого убиквитин-подобного модификатора с помощью высокоточной масс-спектрометрии и стратегия in vitro-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 ходе эволюции». Journal of Proteome Research . 7 (9): 4050–7. doi :10.1021/pr800368m. PMID  18707152.
  13. ^ ab Jalal D, Chalissery J, Hassan AH (2017). «Поддержание генома в Saccharomyces cerevisiae: роль SUMO и SUMO-таргетированных убиквитинлигаз». Nucleic Acids Res . 45 (5): 2242–2261. doi :10.1093/nar/gkw1369. PMC 5389695. PMID  28115630 . 
  14. ^ ab Geiss-Friedlander, Ruth; Melchior, Frauke (декабрь 2007 г.). «Концепции сумоилирования: десятилетие спустя». Nature Reviews Molecular Cell Biology . 8 (12): 947–956. doi :10.1038/nrm2293. ISSN  1471-0080. PMID  18000527. S2CID  30462190.
  15. ^ Граматикофф К. и др. В книге «Границы биотехнологии и фармацевтики», Science Press (2004) 4: стр. 181-210.
  16. ^ Teng S, Luo H, Wang L (июль 2012 г.). «Предсказание участков SUMOylation белков 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 исследование SUMOylation белка: разработка сайт-специфического предиктора SUMOsp 2.0». Протеомика . 9 (12): 3409–3412. дои : 10.1002/pmic.200800646. PMID  19504496. S2CID  4900031.
  18. ^ Beauclair G, Bridier-Nahmias A, Zagury JF, Saïb A, Zamborlini A (ноябрь 2015 г.). «JASSA: комплексный инструмент для прогнозирования сайтов SUMOylation и SIM». Bioinformatics . 31 (21): 3483–91. doi : 10.1093/bioinformatics/btv403 . PMID  26142185.
  19. ^ Cheng CH, Lo YH, Liang SS, Ti SC, Lin FM, Yeh CH, Huang HY, Wang TF (август 2006 г.). «Модификации SUMO контролируют сборку синаптонемного комплекса и поликомплекса в мейозе Saccharomyces cerevisiae». Genes & Development . 20 (15): 2067–81. doi :10.1101/gad.1430406. PMC 1536058. PMID  16847351. 
  20. ^ Пихлер А., Книпшир П., Сайто Х., Сиксма Т.К., Мельхиор Ф. (октябрь 2004 г.). «Лигаза RanBP2 SUMO E3 не относится ни к типу HECT, ни к RING». Структурная и молекулярная биология природы . 11 (10): 984–91. дои : 10.1038/nsmb834. PMID  15378033. S2CID  28085778.
  21. ^ Mukhopadhyay D, Dasso M (июнь 2007 г.). «Модификация в обратном направлении: протеазы SUMO». Trends in Biochemical Sciences . 32 (6): 286–95. doi :10.1016/j.tibs.2007.05.002. PMID  17499995.
  22. ^ Берджесс, Ричард; Дойчер, Мюррей (2009). "Глава 17. Рефолдинг солюбилизированных белков включений". Руководство по очистке белков, 2-е издание . Методы в энзимологии. Т. 463 (2-е изд.). С. 259–282. doi :10.1016/S0076-6879(09)63017-2. ISBN 978-0-12-374536-1. PMID  19892177.
  23. ^ abc Kuo, Dennis; Nie, Minghua; Courey, Albert (2014). Теги сродства белков. Методы в молекулярной биологии (методы и протоколы). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Humana Press. С. 71–80. ISBN 978-1-4939-1034-2.
  24. ^ Эндрюс, Эмили А.; Палечек, Ян; Сержант, Джон; Тейлор, Элейн; Леманн, Алан Р.; Уоттс, Фелисити З. (январь 2005 г.). «Nse2, компонент комплекса Smc5-6, является лигазой SUMO, необходимой для ответа на повреждение ДНК». Молекулярная и клеточная биология . 25 (1): 185–196. doi :10.1128/MCB.25.1.185-196.2005. ISSN  0270-7306. PMID  15601841.
  25. ^ Жаком, Ариана; Гутьеррес-Мартинес, Паула; Скьявони, Федерика; Теналья, Энрико; Мартинес, Паула; Родригес-Асебес, Сара; Лекона, Эмилио; Мурга, Матильда; Мендес, Хуан; Бласко, Мария А.; Фернандес-Капетильо, Оскар (3 ноября 2015 г.). «NSMCE2 подавляет рак и старение у мышей независимо от активности SUMO-лигазы». Журнал ЭМБО . 34 (21): 2604–2619. дои : 10.15252/embj.201591829. ISSN  1460-2075. ПМЦ 4641528 . ПМИД  26443207. 

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Программы для прогнозирования СУМОляции:

Научно-исследовательские лаборатории