stringtranslate.com

СУМО белок

В молекулярной биологии белки SUMO ( Small U - бикитин-подобный модификатор ) представляют собой семейство небольших белков , которые ковалентно присоединяются к другим белкам в клетках и отсоединяются от них , изменяя их функцию. Этот процесс называется СУМОилированием (иногда пишут сумойлирование ). СУМОилирование — это посттрансляционная модификация, участвующая в различных клеточных процессах, таких как ядерно - цитозольный транспорт, регуляция транскрипции , апоптоз , стабильность белка, реакция на стресс и продвижение по клеточному циклу . [1]

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

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

Структурная схема человеческого белка SUMO1, полученная с помощью iMol и основанная на файле PDB 1A5R, структура ЯМР; остов белка представлен в виде ленты, подчеркивающей вторичную структуру; N-конец синий, С-конец красный
Та же самая структура, представляющая атомы в виде сфер, показывает форму белка; человек SUMO1, файл PDB 1A5R

Функция

СУМО-модификация белков имеет множество функций. Среди наиболее частых и наиболее изученных — стабильность белков, ядерно - цитозольный транспорт и регуляция транскрипции . Обычно только небольшая часть данного белка подвергается СУМОилированию, и эта модификация быстро обращается под действием деСУМОилирующих ферментов. Было показано, что SUMOилирование белков-мишеней вызывает ряд различных результатов, включая изменение локализации и партнеров по связыванию. Модификация RanGAP1 SUMO-1 (первый идентифицированный субстрат SUMO) приводит к его перемещению из цитозоля в комплекс ядерных пор. [2] [3] SUMO-модификация нинина приводит к его перемещению из центросомы в ядро . [4] Во многих случаях SUMO-модификация регуляторов транскрипции коррелирует с ингибированием транскрипции. [5] Чтобы узнать больше, можно обратиться к GeneRIFs белков SUMO, например, человеческого SUMO-1, [6] .

У человека существует 4 подтвержденные изоформы SUMO; СУМО-1 , СУМО-2 , СУМО-3 и СУМО-4 . На уровне аминокислот SUMO1 примерно на 50% идентичен SUMO2. [ нужна цитация ] СУМО-2/3 демонстрируют высокую степень сходства друг с другом и отличаются от СУМО-1. SUMO-4 имеет сходство с SUMO-2/3, но отличается наличием пролина вместо глутамина в положении 90. В результате SUMO-4 не процессируется и не конъюгируется в нормальных условиях, а используется для модификации белков в условиях стресса. - такие условия, как голод. [7] Во время митоза SUMO-2/3 локализуются 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 отдельные митотические процессы в клетках млекопитающих. [8] Один из основных продуктов конъюгации SUMO, связанных 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, конкретно 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 он обрывает 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 вредными последствиями повреждения. Было показано, что при повреждении ДНК белок SUMO действует как молекулярный клей, облегчая сборку крупных белковых комплексов в очагах восстановления. [13] Кроме того, SUMOylation может изменить биохимическую активность и взаимодействие белка. SUMOylation играет роль в основных путях репарации ДНК , таких как эксцизионная репарация оснований , эксцизионная репарация нуклеотидов , негомологическое соединение концов и гомологичная рекомбинационная репарация. [13] SUMOylation также облегчает синтез трансляции, подверженный ошибкам.

Состав

Белки SUMO небольшие; большинство из них имеют длину около 100 аминокислот и массу 12 кДа . Точная длина и масса варьируются у разных членов семейства SUMO и зависят от того, из какого организма происходит 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 аминокислот, которого нет у других убиквитиноподобных белков. Обнаружено, что этот N-конец связан с образованием цепей SUMO. [14]

Структура SUMO1 человека изображена справа. На нем SUMO1 показан как глобулярный белок, у которого оба конца аминокислотной цепи (показаны красным и синим) торчат из центра белка. Сферическое ядро ​​состоит из альфа-спирали и бета-листа . Представленные диаграммы основаны на ЯМР- анализе белка в растворе.

Прогнозирование привязанности СУМО

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, обусловлена ​​непосредственно Ubc9 и соответствующим субстратным мотивом. В настоящее время доступны следующие программы прогнозирования:

СУМО насадка (СУМОилация)

Прикрепление 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 с помощью протеазы (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 представляет собой гетеродимер (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 имеется четыре белка SUMO E3: Cst9, [19] Mms21, Siz1 и Siz2 . Хотя 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, как было показано, в некоторых случаях направляет SUMO-конъюгацию на неконсенсусные мотивы. Ферменты E3 можно в основном разделить на белки PIAS, такие 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 многих других. Однако некоторые E3, такие как RanBP2, не являются ни тем, ни другим. [20] Недавние данные показали, что PIAS-гамма необходим для SUMOилирования фактора транскрипции yy1, но он не зависит от пальца цинк-RING (идентифицированного как функциональный домен лигазы E3). SUMOylation обратимо и удаляется с мишеней специфическими SUMO-протеазами. У почкующихся дрожжей протеаза Ulp1 SUMO обнаруживается связанной с ядерной порой, тогда как Ulp2 является нуклеоплазматической. Четкая субъядерная локализация деСУМОилирующих ферментов сохраняется у высших эукариот. [21]

ДеСУМОилирование

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

Рекомбинантные белки, экспрессируемые в E. coli, могут не сворачиваться должным образом, вместо этого образуя агрегаты и осаждаясь в виде телец включения . [22] Эта нерастворимость может быть связана с наличием кодонов, которые неэффективно считываются E. coli , различиями в эукариотических и прокариотических рибосомах или отсутствием подходящих молекулярных шаперонов для правильного сворачивания белка. [23] Для очистки таких белков может оказаться необходимым объединить интересующий белок с меткой растворимости, такой как SUMO или MBP ( мальтоза-связывающий белок ), чтобы увеличить растворимость белка. [23] Позже SUMO можно отщепить от интересующего белка с помощью SUMO-специфической протеазы, такой как пептидаза Ulp1 . [23]

Белки SUMO человека

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Hay RT (апрель 2005 г.). «СУМО: история модификации». Молекулярная клетка . 18 (1): 1–12. doi : 10.1016/j.molcel.2005.03.012 . ПМИД  15808504.
  2. ^ Матунис М.Дж., Кутавас Э., Блобель Г. (декабрь 1996 г.). «Новая убиквитиноподобная модификация модулирует распределение активирующего Ran-GTPase белка RanGAP1 между цитозолем и комплексом ядерных пор». Журнал клеточной биологии . 135 (6, ч. 1): 1457–70. дои : 10.1083/jcb.135.6.1457. ПМК 2133973 . ПМИД  8978815. 
  3. ^ Махаджан Р., Дельфин С., Гуан Т., Джераче Л., Мельхиор Ф. (январь 1997 г.). «Небольшой полипептид, родственный убиквитину, участвующий в нацеливании RanGAP1 на белок RanBP2 комплекса ядерных пор». Клетка . 88 (1): 97–107. дои : 10.1016/S0092-8674(00)81862-0 . PMID  9019411. S2CID  17819277.
  4. ^ Ченг Т.С., Чанг Л.К., Хоунг С.Л., Лу П.Дж., Ли С.И., Хонг Ю.Р. (февраль 2006 г.). «Модификация центросомного белка hNinein SUMO-1 способствует ядерной локализации hNinein» (PDF) . Естественные науки . 78 (10): 1114–20. дои : 10.1016/j.lfs.2005.06.021. ПМИД  16154161.
  5. ^ Гилл Дж. (октябрь 2005 г.). «Что-то в SUMO подавляет транскрипцию». Текущее мнение в области генетики и развития . 15 (5): 536–41. дои :10.1016/j.где.2005.07.004. ПМИД  16095902.
  6. ^ SUMO1 SMT3 супрессор гомолога 1 mif two 3 (S. cerevisiae)
  7. ^ Вэй В, Ян П, Пан Дж, Чжан С, Ван Ю, Ван МХ, Донг Z, Ше JX, Ван CY (октябрь 2008 г.). «Стресс-зависимое SUMO4 SUMOylation белков-субстратов». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 375 (3): 454–9. дои : 10.1016/j.bbrc.2008.08.028. ПМИД  18708028.
  8. ^ Чжан XD, Герес Дж, Чжан Х, Йен ТиДжей, Портер AC, Матунис MJ (март 2008 г.). «Модификация и связывание SUMO-2/3 регулируют связь CENP-E с кинетохорами и прогрессирование посредством митоза». Молекулярная клетка . 29 (6): 729–41. doi :10.1016/j.molcel.2008.01.013. ПМК 2366111 . ПМИД  18374647. 
  9. ^ Азума Ю., Арнаутов А., Дассо М. (ноябрь 2003 г.). «СУМО-2/3 регулирует топоизомеразу II в митозе». Журнал клеточной биологии . 163 (3): 477–87. дои : 10.1083/jcb.200304088. ПМК 2173648 . ПМИД  14597774. 
  10. ^ Сайто Х., Хинчи Дж. (март 2000 г.). «Функциональная гетерогенность небольших модификаторов белка, связанного с убиквитином, SUMO-1 по сравнению с SUMO-2/3». Журнал биологической химии . 275 (9): 6252–8. дои : 10.1074/jbc.275.9.6252 . ПМИД  10692421.
  11. ^ Матич I, ван Хаген М., Шиммель Дж., Мацек Б., Огг СК, Тэтэм М.Х., Хэй RT, Ламонд А.И., Манн М., Вертегаал AC (январь 2008 г.). «Идентификация in vivo небольших сайтов полимеризации убиквитиноподобных модификаторов человека с помощью высокоточной масс-спектрометрии и стратегии перехода от in vitro к in vivo». Молекулярная и клеточная протеомика . 7 (1): 132–44. дои : 10.1074/mcp.M700173-MCP200 . ПМЦ 3840926 . ПМИД  17938407. 
  12. ^ Матич I, Мацек Б, Хильгер М, Вальтер ТК, Манн М (сентябрь 2008 г.). «Фосфорилирование SUMO-1 происходит in vivo и сохраняется в процессе эволюции». Журнал исследований протеома . 7 (9): 4050–7. дои : 10.1021/pr800368m. ПМИД  18707152.
  13. ^ аб Джалал Д., Чалиссери Дж., Хасан А.Х. (2017). «Поддержание генома Saccharomyces cerevisiae: роль SUMO и убиквитинлигаз, нацеленных на SUMO». Нуклеиновые кислоты Рез . 45 (5): 2242–2261. дои : 10.1093/nar/gkw1369. ПМЦ 5389695 . ПМИД  28115630. 
  14. ^ аб Гейсс-Фридлендер, Рут; Мельхиор, Фрауке (декабрь 2007 г.). «Концепции сумойляции: десятилетие спустя». Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 8 (12): 947–956. дои : 10.1038/nrm2293. ISSN  1471-0080. PMID  18000527. S2CID  30462190.
  15. ^ Граматикофф К. и др. В «Границах биотехнологии и фармацевтики», Science Press (2004) 4: стр. 181–210.
  16. ^ Тенг С., Луо Х., Ван Л. (июль 2012 г.). «Прогнозирование сайтов SUMOylation белка на основе особенностей последовательности». Аминокислоты . 43 (1): 447–55. дои : 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. ^ Боклер Г., Бридье-Намиас А., Загури Дж. Ф., Саиб А., Замборлини А. (ноябрь 2015 г.). «JASSA: комплексный инструмент для прогнозирования сайтов SUMOylation и SIM». Биоинформатика . 31 (21): 3483–91. doi : 10.1093/биоинформатика/btv403 . ПМИД  26142185.
  19. ^ Ченг CH, Ло YH, Лян СС, Ти SC, Линь FM, Йе CH, Хуан HY, Ван TF (август 2006 г.). «Модификации SUMO контролируют сборку синаптонемного комплекса и поликомплекса в мейозе Saccharomyces cerevisiae». Гены и развитие . 20 (15): 2067–81. дои : 10.1101/gad.1430406. ПМК 1536058 . ПМИД  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. ^ Мухопадьяй Д., Дассо М. (июнь 2007 г.). «Модификация наоборот: протеазы SUMO». Тенденции биохимических наук . 32 (6): 286–95. doi :10.1016/j.tibs.2007.05.002. ПМИД  17499995.
  22. ^ Берджесс, Ричард; Дойчер, Мюррей (2009). «Глава 17. Рефолдинг растворимых белков телец включения». Руководство по очистке белков, 2-е издание . Методы энзимологии. Том. 463 (2-е изд.). стр. 259–282. дои : 10.1016/S0076-6879(09)63017-2. ISBN 978-0-12-374536-1. ПМИД  19892177.
  23. ^ abc Куо, Деннис; Не, Минхуа; Кури, Альберт (2014). Метки сродства к белкам. Методы молекулярной биологии (методы и протоколы). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Humana Press. стр. 71–80. ISBN 978-1-4939-1034-2.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Программы для прогнозирования СУМОйляции:

Исследовательские лаборатории