Белок SUMO - Википедия - SUMO protein

Sторговый центр Uбиквитиноподобный ПнDifier (или СУМО) белки представляют собой семейство небольших белки которые ковалентно прикреплены и отсоединены от других белков в клетки для изменения их функции. СУМОилирование - это посттрансляционная модификация участвует в различных клеточных процессах, таких как ядерный -цитозольный транспорт, транскрипционный регулирование апоптоз, стабильность белка, реакция на стресс и прогрессирование клеточный цикл.[1]

Белки SUMO похожи на убиквитин и считаются членами убиквитиноподобный белок семья. SUMOylation направляется ферментативным каскадом, аналогичным тому, который участвует в убиквитинировании. В отличие от убиквитина, SUMO не используется для маркировки белков для деградация. Зрелый SUMO образуется, когда последние четыре аминокислоты на С-конце были отщеплены, чтобы позволить образование изопептидная связь между С-концевым остатком глицина SUMO и акцепторным лизином целевого белка.

Члены семьи SUMO часто имеют разные имена; гомолог СУМО в дрожжи, например, называется SMT3 (подавитель mif two 3). Несколько псевдогены были зарегистрированы для этого гена.

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

Функция

SUMO-модификация белков выполняет множество функций. Среди наиболее частых и наиболее изученных - стабильность белков, ядерный -цитозольный транспорт и транскрипционный регулирование. Как правило, только небольшая часть данного белка подвергается SUMOилированию, 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 СУМО-1 RanGAP1 (первый идентифицированный субстрат SUMO) приводит к его транспортировке из цитозоля в комплекс ядерных пор.[2][3] Модификация СУМО hNinein приводит к его движению из центросома к ядро.[4] Во многих случаях SUMO-модификация регуляторов транскрипции коррелирует с ингибированием транскрипции.[5] Можно сослаться на GeneRIFs белков SUMO, например человеческий СУМО-1,[6] узнать больше.

Есть 4 подтвержденных СУМО изоформы в людях; СУМО-1, СУМО-2, СУМО-3 и СУМО-4. На аминокислотном уровне SUMO1 примерно на 50% идентичен почти идентичному SUMO2. СУМО-2/3 демонстрируют высокую степень сходства друг с другом и отличаются от СУМО-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, 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 поднимает идею «модифицированного модификатора».[12]

Ответ на повреждение ДНК

Сотовый ДНК регулярно подвергается воздействию агентов, повреждающих ДНК. А Повреждение ДНК Ответ (DDR), который хорошо регулируется и замысловат, обычно используется для борьбы с потенциально 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. СУМОилирование играет роль в основных Ремонт ДНК пути базовая эксцизионная пластика, эксцизионная репарация нуклеотидов, негомологичное соединение концов и гомологичный рекомбинационный ремонт.[13] SUMOylation также облегчает подверженный ошибкам транс-поврежденный синтез.

Структура

Белки SUMO маленькие; большинство из них около 100 аминокислоты в длину и 12 кДа в масса. Точная длина и масса варьируются между членами семьи SUMO и зависят от того, какой организм белок происходит из. 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 расширение 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 спираль и бета-лист. Представленные диаграммы основаны на ЯМР анализ белка в растворе.

Прогнозирование прикрепления СУМО

Большинство белков, модифицированных SUMO, содержат тетрапептидный консенсус мотив Ψ-K-x-D / E, где Ψ - гидрофобный остаток, K - лизин конъюгированный с SUMO, x представляет собой любую аминокислоту (аа), D или E представляет собой кислотный остаток. Субстратная специфичность, по-видимому, происходит непосредственно от Ubc9 и соответствующих субстрат мотив. 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 задействована в прикреплении SUMO.[15] Система оценок SUMOplot основана на двух критериях: 1) прямое совпадение аминокислот с SUMO-CS, наблюдаемое и показанное для связывания Ubc9, и 2) замена консенсусных аминокислотных остатков на аминокислотные остатки, показывающие аналогичные гидрофобность. SUMOplot использовался в прошлом для предсказания сайтов, зависимых от Ubc9.
  • см. СУМО - использует случайные леса и опорные векторные машины обучен на данных, собранных из литературы[16]
  • СУМОсп - 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]

Приставка SUMO (SUMOylation)

Присоединение SUMO к своей мишени аналогично прикреплению убиквитина (как и для других убиквитиноподобных белков, таких как NEDD 8). Предшественник SUMO имеет 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 мотив диглицина. Затем полученный SUMO 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 белков, связывающих E3, присоединяет его к белку. В дрожжах четыре белка SUMO E3, Cst9,[19] Mms21, Siz1 и Siz2. Хотя при убиквитинизации 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 можно в значительной степени отнести к белкам PIAS, таким как Mms21 (член комплекса Smc5 / 6) и Pias-gamma и HECT белки. На хромосоме 17 генома человека SUMO2 находится рядом с SUMO1 + E1 / E2 и SUMO2 + E1 / E2, среди других. Однако некоторые E3, такие как RanBP2, не являются ни тем, ни другим.[20] Недавние доказательства показали, что PIAS-гамма необходим для SUMOylation фактора транскрипции yy1, но он не зависит от пальца цинкового кольца (идентифицированного как функциональный домен лигаз E3). SUMOylation является обратимым и удаляется от 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 сохраняется у высших эукариот.[21]

Обычно за определенное время можно SUMOилировать только небольшой пул (~ 1%) белков.

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 Кишечная палочка может не складываться должным образом, вместо этого образуя агрегаты и выпадая в виде органы включения.[22] Эта нерастворимость может быть связана с наличием кодонов, неэффективно считываемых Кишечная палочка, различия в рибосомах эукариот и прокариот или отсутствие подходящих молекулярные шапероны для правильного сворачивания белков.[23] Для очистки таких белков может потребоваться слияние интересующего белка с меткой растворимости, такой как SUMO или MBP (белок, связывающий мальтозу ) для увеличения растворимости белка.[23] Позднее SUMO можно отщепить от интересующего белка с помощью SUMO-специфической протеазы, такой как Ulp1 пептидаза.[23]

Белки SUMO человека

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Hay RT (апрель 2005 г.). «СУМО: история изменений». Молекулярная клетка. 18 (1): 1–12. Дои:10.1016 / j.molcel.2005.03.012. PMID  15808504.
  2. ^ Матунис MJ, Coutavas E, Blobel G (декабрь 1996 г.). «Новая убиквитиноподобная модификация модулирует разделение Ran-GTPase-активирующего белка RanGAP1 между цитозолем и комплексом ядерных пор». Журнал клеточной биологии. 135 (6, п. 1): 1457–70. Дои:10.1083 / jcb.135.6.1457. ЧВК  2133973. PMID  8978815.
  3. ^ Махаджан Р., Дельфин С., Гуан Т., Джерас Л., Мельхиор Ф. (январь 1997 г.). «Небольшой убиквитин-родственный полипептид, участвующий в нацеливании RanGAP1 на комплексный белок RanBP2 ядерных пор». Клетка. 88 (1): 97–107. Дои: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 центросомного белка hNinein способствует ядерной локализации hNinein». Науки о жизни. 78 (10): 1114–20. Дои:10.1016 / j.lfs.2005.06.021. PMID  16154161.
  5. ^ Гилл Джи (октябрь 2005 г.). «Что-то в СУМО тормозит транскрипцию». Текущее мнение в области генетики и развития. 15 (5): 536–41. Дои:10.1016 / j.gde.2005.07.004. PMID  16095902.
  6. ^ SUMO1 SMT3 супрессор гомолога 1 mif two 3 (S. cerevisiae)
  7. ^ Вэй В., Ян П, Панг Дж., Чжан С., Ван И, Ван М. Х., Донг З., Ше Дж. X, Ван Си (октябрь 2008 г.). «Стресс-зависимое SUMO4 SUMOylation его белков-субстратов». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 375 (3): 454–9. Дои: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 прогрессию через митоз». Молекулярная клетка. 29 (6): 729–41. Дои:10.1016 / j.molcel.2008.01.013. ЧВК  2366111. PMID  18374647.
  9. ^ Адзума 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. ЧВК  2173648. PMID  14597774.
  10. ^ Сайто Х., Хинчи Дж. (Март 2000 г.). «Функциональная гетерогенность малых модификаторов убиквитин-родственного белка SUMO-1 по сравнению с SUMO-2/3». Журнал биологической химии. 275 (9): 6252–8. Дои: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 малых убиквитин-подобных модификаторов человека с помощью высокоточной масс-спектрометрии и стратегии in vitro to in vivo». Молекулярная и клеточная протеомика. 7 (1): 132–44. Дои:10.1074 / mcp.M700173-MCP200. ЧВК  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. Дои:10.1021 / пр800368м. PMID  18707152.
  13. ^ а б Джалал Д., Чалиссери Дж., Хассан А.Х. (2017). «Поддержание генома в Saccharomyces cerevisiae: роль SUMO и SUMO-направленных убиквитинлигаз». Нуклеиновые кислоты Res. 45 (5): 2242–2261. Дои:10.1093 / нар / gkw1369. ЧВК  5389695. PMID  28115630.
  14. ^ а б Гейсс-Фридлендер, Рут; Мельхиор, Фрауке (декабрь 2007 г.). «Концепции сумоилирования: десятилетие спустя». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология. 8 (12): 947–956. Дои: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. ^ Тэн С., Ло Х, Ван Л. (июль 2012 г.). «Предсказание сайтов SUMOylation белка по признакам 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 белка SUMOylation: разработка сайт-специфического предиктора SUMOsp 2.0». Протеомика. 9 (12): 3409–3412. Дои:10.1002 / pmic.200800646. PMID  19504496.
  18. ^ Боклер Дж., Бридье-Нахмиас А., Загури Дж. Ф., Саиб А., Замборлини А. (ноябрь 2015 г.). «JASSA: комплексный инструмент для прогнозирования сайтов SUMOylation и SIM-карт». Биоинформатика. 31 (21): 3483–91. Дои:10.1093 / биоинформатика / 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». Гены и развитие. 20 (15): 2067–81. Дои:10.1101 / gad.1430406. ЧВК  1536058. PMID  16847351.
  20. ^ Пихлер А., Книпшер П., Сайто Х., Сикма Т.К., Мельхиор Ф. (октябрь 2004 г.). «Лигаза RanBP2 SUMO E3 не относится ни к HECT-, ни к RING-типу». 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». Тенденции в биохимических науках. 32 (6): 286–95. Дои: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. Дои:10.1016 / S0076-6879 (09) 63017-2. PMID  19892177.
  23. ^ а б 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

внешняя ссылка

Программы для предсказания SUMOylation:

  • Программа анализа SUMOplot - прогнозирует и оценивает сайты SUMOylation в вашем белке (от Abgent)
  • см. СУМО - прогнозирование сайтов сумоуляции
  • СУМОсп - прогнозирование сайтов сумоуляции
  • JASSA - Предсказывает и оценивает сайты SUMOylation и SIM (взаимодействующий мотив SUMO)

Исследовательские лаборатории

Основная статья: Список исследовательских лабораторий, заинтересованных в протеине SUMO