SUMO化修飾的研究進(jìn)展

摘 要： SUMO是一類重要的類泛素蛋白，SUMO化修飾作為一種蛋白質(zhì)翻譯后修飾，廣泛參與生物體的生命活動(dòng)，具有極其重要的功能。筆者對(duì)SUMO的分類、SUMO化循環(huán)及其功能進(jìn)行了簡(jiǎn)明的闡述。

關(guān)鍵詞：SUMO分子；SUMO化循環(huán)；翻譯后修飾

中圖分類號(hào)：Q946.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.10.007

蛋白質(zhì)翻譯后的修飾作用是蛋白質(zhì)功能調(diào)節(jié)的關(guān)鍵信號(hào)通路。最常見(jiàn)的翻譯后修飾是泛素化， 其作用是在蛋白質(zhì)翻譯后， 通過(guò)將泛素分子結(jié)合到靶蛋白上， 形成多聚泛素鏈， 26S蛋白酶體可以識(shí)別泛素鏈上的靶蛋白。SUMO（small ubiquitin—related modifier，SUMO）是近年來(lái)研究熱門的一種類泛素小分子[1]，是泛素樣蛋白家族中的一員，在二級(jí)三級(jí)結(jié)構(gòu)上與泛素高度相似，但是功能卻與泛素不同，SUMO與底物蛋白結(jié)合后調(diào)節(jié)蛋白功能[2]。

1 SUMO分類

SUMO在物種進(jìn)化過(guò)程中高度保守，其分子量較小，存在于真核生物的細(xì)胞中。目前，在低等真核生物中，只存在一種SUMO基因，即SUMO-1；在脊椎動(dòng)物中，至少存在3種SUMO基因；在哺乳動(dòng)物中，目前已發(fā)現(xiàn)4種SUMO基因，分別為SUMO-1，SUMO-2，SUMO-3和SUMO-4。潛在的SUMO結(jié)合保守基序存在于SUMO-2，SUMO-3和SUMO-4的氨基端，而SUMO-1則不存在，但可以結(jié)合在SUMO-2，SUMO-3鏈的末端。4種SUMO分子在生物體內(nèi)的分布及細(xì)胞中的分布各不相同，各自的功能也不相同。SUMO的許多底物都含有SUMO結(jié)合保守基序ψKxE（ψ代表疏水性氨基酸，x代表任意的氨基酸，K即為SUMO共價(jià)結(jié)合位點(diǎn)，E為谷氨酸）[3]，同時(shí)，還具有核定位信號(hào)（nuclearlocalizationsignal，NLS）。

2 SUMO化循環(huán)及參與SUMO化循環(huán)的酶

SUMO化循環(huán)是一種共價(jià)修飾，其中需要ATP的參與。SUMO化循環(huán)主要包括激活、結(jié)合、連接和去SUMO化過(guò)程[4]。SUMO對(duì)靶蛋白的修飾類似于泛素化，也是可逆的多步酶促反應(yīng)。SUMO分子與靶蛋白上的某些賴氨酸殘基形成共價(jià)鍵，并修飾靶蛋白，此過(guò)程為SUMO化（sumoylation）。SUMO前體蛋白在SENP的作用下，成為成熟的蛋白，暴露出C端Gly.在ATP的參與下， SUMO的C端Gly與E1-激活酶（SAE-1，SAE-2）的一個(gè)Cys殘基相連，該作用是通過(guò)硫酯鍵。活化的SUMO發(fā)生轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，與SUMO特異性結(jié)合酶（E2） Ubc9的半胱氨酸殘基Cys93相連， Ubc9將SUMO分子結(jié)合到目標(biāo)蛋白上，在SUMO連接酶（E3）的參與下識(shí)別底物，對(duì)底物的SUMO化有促進(jìn)作用。以上是SUMO化的過(guò)程。反之，將SUMO從靶蛋白上移除，稱為去SUMO化， 該過(guò)程是由SUMO特異性蛋白酶（sentrin/SUMO-specific protease， SENP）作用完成的，SUMO前體在SENP作用下切除羧基端（C端）數(shù)個(gè)氨基酸，從而暴露出雙甘氨酸殘基，重新進(jìn)入SUMO循環(huán)。

SUMO活化酶E1（ SUMO-activating enzyme）是異源二聚體，由Aos1 （SAE1， Sua1） 和Uba2 （SAE2）組成，其發(fā)揮作用時(shí)消耗ATP， 通過(guò)非共價(jià)鍵形成腺苷酸化的SUMO中間體， 然后SUMO分子與一個(gè)Uba2的活性半胱氨酸位點(diǎn)形成硫酯鍵，隨即被活化[5]。

目前，SUMO修飾中只有一種E2結(jié)合酶（SUMO-conjugating enzyme）Ubc9。Ubc9是由158個(gè)氨基酸殘基組成，其表面帶正電荷， 只與帶負(fù)電荷的SUMO 結(jié)合，而不能與帶正電荷的泛素結(jié)合。Ubc9是一種核蛋白， 它可定位到核孔復(fù)合物（nuclearporecomplex， NPC）的胞漿側(cè)和核質(zhì)側(cè)[6]。Ubc9半胱氨酸殘基Cys93與SUMO的C端的甘氨酸殘基可通過(guò)硫酯鍵結(jié)合，從而形成SUMO-Ubc9硫酯中間體， 也能促進(jìn)賴氨酸基團(tuán)形成牢固的異肽鍵， 進(jìn)而使SUMO分子結(jié)合到目標(biāo)蛋白上。

E3連接酶（SUMO-ligating enzyme） 不與SUMO結(jié)合，但是它可增強(qiáng)Ubc9到底物蛋白的轉(zhuǎn)移效率，并能增強(qiáng)特異性。由于E3連接酶不僅能夠活化Ubc9，也可以縮短Ubc9與靶蛋白之間的距離。E3連接酶的種類繁多，其主要包括三大類：PIAS（protein inhibitor of activated STAT）、RanBP2和Pc2。

SUMO特異性蛋白酶，即去SUMO化酶，該酶具有剪切作用，可以使SUMO分子與底物蛋白分離，并能重新進(jìn)入新的SUMO化循環(huán)[7]。去SUMO化酶種類很多，在酵母中有兩種，而在人類中則存在6種去SUMO化酶。不同的去SUMO酶識(shí)別剪切不同的SUMO底物。

3 SUMO化修飾的功能

SUMO化修飾能夠使蛋白質(zhì)構(gòu)象更加穩(wěn)定，還參與細(xì)胞核內(nèi)的一系列生理過(guò)程， 如核運(yùn)輸、信號(hào)傳遞、細(xì)胞周期調(diào)控及基因表達(dá)調(diào)控等[8]。SUMO化修飾可調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)之間的相互作用， 調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)核質(zhì)運(yùn)輸。SUMO化修飾既能協(xié)同泛素化，又能拮抗泛素化[9]。SUMO化修飾還可參與線粒體分裂的調(diào)控、基因組完整性的維持、離子通道調(diào)控等。在人類中，SUMO化修飾與人類的許多疾病密不可分，如癌癥[10]、糖尿病、心臟病以及白血病等。

4 展 望

近年來(lái)，越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注蛋白質(zhì)的SUMO化修飾，對(duì)其研究也越來(lái)越深入。SUMO化修飾作為胞內(nèi)蛋白功能調(diào)節(jié)的重要因素之一，通過(guò)多種機(jī)制來(lái)調(diào)節(jié)蛋白的功能以及活性，發(fā)揮著不可替代的作用。因此，SUMO化修飾值得人們進(jìn)一步研究和探索。

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