Protein SUMO

SUMO proteini (eng. Small Ubiquitin-like Modifier: SUMO) su porodica malih proteina, koji su kovalentno povezani i odvojeni od drugih proteina u ćeliji, kako bi modificirali svoju funkciju. Ovaj proces se naziva SUMOilacija (ponekad se piše sumoilacija). SUMOilacija je posttranslacijska modifikacija uključena u razne ćelijske procese, kao što je jedarno - citosolni transport, regulacija transkripcije, apoptoza, stabilnost proteina, odgovor na stres i napredovanje kroz ćelijski ciklus.[1]

SUMO proteini su slični ubikvitinu i smatraju se članovima porodice ubikvitinu slični proteini. SUMOilacija je usmjerena enzimskom kaskadom analognom onoj koja je uključena u ubikvitinaciju. Za razliku od ubikvitina, SUMO se ne koristi za označavanje proteina za razgradnju. Zreli SUMO nastaje kada se odstrane posljednje četiri aminokiseline sa C-kraja, kako bi se omogućilo stvaranje izopeptidne veze između C-terminalnog glicinskog ostatka SUMO i akceptorskog lizina na ciljnom proteinu.

Članovi porodice SUMO često imaju različita imena; homolog SUMO u kvascima, naprimjer, naziva se SMT3 (supresor mif two 3). U ljudskom genomu, za SUMO gene, prijavljeno je nekoliko pseudogena.

Shema strukture ljudsokog proteina SUMO1 napravljena sa iMol i zasnovana na PDB datoteci 1A5R, NMR strukture.
Okosnica proteina predstavljena je u obliku vrpce, naglašavajući sekundarnu strukturu; N-kraj u plavoj , C-kraj u crvenoj boji
Ista struktura, koja predstavlja atome kao sfere, pokazuje oblik proteina; ljudski SUMO1, PDB datoteka 1A5R

Funkcija

[uredi | uredi izvor]

SUMO modifikacija proteina ima mnogo funkcija. Među najčešćim i najbolje proučavanim su stabilnost proteina, jedarno – citosolni transport i regulacija transkripcije. Tipski je samo mali udio datog proteina SUMOiliran i ova modifikacija se brzo poništava, djelovanjem deSUMOilirajućih enzima. Pokazalo se da SUMOilacija ciljnih proteina uzrokuje niz različitih ishoda, uključujući promijenjenu lokalizaciju i vezanje partnera. Modifikacija SUMO-1 RanGAP1 (prva identificirana SUMO podloga) dovodi do njenog prometa iz citosola u kompleks jedarnih pora.[2][3] SUMO modifikacija nineina dovodi do njegovog kretanja od centrosoma do jedra.[4] U mnogim slučajevima, SUMO modifikacija transkripcijskih regulatora korelira sa inhibicijom transkripcije.[5] Da se sazna više, može se referirati na GeneRIFove SUMO proteina, npr. ljudski SUMO-1.[6]

Kod ljudi, postoje četiri potvrđena SUMO izoforme: SUMO-1, SUMO-2, SUMO-3 i SUMO-4. Na nivou aminokiselina, SUMO1 je približno 50% identičan SUMO2. SUMO-2/3 pokazuju visok stupanj sličnosti i razlikuju se od SUMO-1. SUMO-4 pokazuje sličnost sa SUMO-2/3, ali se razlikuje po tome što, na položaju 90, umjesto glutamina, ima prolin. Kao rezultat toga, SUMO-4 se ne prerađuje i konjugira u normalnim uvjetima, već se koristi za modifikaciju proteina pod stresnim uslovima, poput gladi.[7] Tokom mitoza, SUMO-2/3 lokalizira se na centromere i kondenzirane hromosome, dok se SUMO-1 lokalizira na mitotsko vreteno i srednju zonu vretena, što ukazuje da SUMO paralozi regulišu različite mitotske procese u ćelijama sisara.[8] Jedan od glavnih proizvoda konjugacije SUMO, povezanih s mitotskim hromosomima nastao je iz konjugacije SUMO-2/3 topoizomeraze II, koja je tokom mitoze modificirana isključivo SUMO-2/3.[9] Izgleda da su modifikacije SUMO-2/3 posebno uključene u reakciju na stres.[10] SUMO-1 i SUMO-2/3 mogu tvoriti mješovite lance, međutim, budući da SUMO-1 ne sadrži interna SUMO konsenzusna mjesta pronađena u SUMO-2/3, smatra se da se ovi polisumo lanci prekidaju.[11] Serin 2 iz SUMO-1 je fosforiliran, podržavajući koncept „modificiranog modifikatora“.[12]

Odgovor na oštećenja DNK

[uredi | uredi izvor]

Ćelijska DNK je redovno izložena agensima koji je oštećuju. Obično se dešava oštećenje DNK (DDR), koji je dobro reguliran i složeno, da bi se riješili njegovi potencijalni štetni efekti. Kada dođe do oštećenja DNK, pokazalo se da SUMO protein djeluje kao molekulsko ljepilo za olakšavanje okupljanja velikih proteinskih kompleksa u žarištima popravke.[13] Također, SUMOyilacija može promijeniti biohemijske aktivnosti i interakcije proteina. Ima ulogu u glavnim putevima popravka DNK: popravak ekscizije baze, popravak ekscizije nukleotida, nehomologno spajanje krajeva i homologna rekombinacija popravka.[13] SUMOilacija također olakšava sintezu translezija sklonih greškama.

Struktura

[uredi | uredi izvor]

SUMO proteini su mali; većina je dužine oko 100 aminokiselina i 12 kDa u masi. Tačna dužina i masa variraju između članova porodice SUMO i ovise o tome iz kojeg je organizma protein. Iako SUMO ima vrlo malo identiteta sekvence sa ubikvitinom (manje od 20%) na nivou aminokiselina, ima gotovo identično strukturno savijanje. SUMO protein ima jedinstveni N-terminalni produžetak od 10-25 animokiselina koje drugi proteini slični unikvitinu nemaju. Ovaj N-terminal je povezan sa stvaranjem SUMO lanaca.[14]

Struktura ljudskog SUMO1 prikazana je s desne strane. Prikazuje SUMO1 kao okrugli protein s oba kraja aminokiselinskog lanca (prikazanog crvenom i plavom bojom), koji vire iz središta proteina. Sferna jedra sastoji se od alfa-heliksa i beta-listova. Prikazani dijagrami temelje se na NMR analizi proteina u otopini.

Predviđanje SUMO dodatka

[uredi | uredi izvor]

Većina SUMO-modifikovanih proteina sadrži konsenzusni tetrapeptidni motiv Ψ-KxD/E gdje je hidrofobni ostatak, K lizin konjugiran sa SUMO, x je bilo koja od aminokiselina (aa), D ili E je kiseli ostatak. Čini se da je specifičnost supstrata izvedena direktno iz Ubc9 i odgovarajućeg supstratnog motiva. Dostupni programi predviđanja su:

  • SUMOplot - softver za besplatni pristup na mreži, razvijen za predviđanje vjerovatnoće da će SUMO konsenzusna sekvenca (SUMO-CS) biti uključena u SUMO prilog.[15] SUMOplot sistem bodovanja zasnovan je na dva kriterija: 1) direktno podudaranje aminokiselina sa uočenim SUMO-CS, i za koji se pokazuje da se veže Ubc9, i 2) supstitucija konsenzusnih aminokiselinskih ostataka aminokiselinskim ostacima koji pokazuju slične hidrofobnosti. SUMOplot se u prošlosti koristio za predviđanje web lokacija ovisnih o Ubc9.
  • seeSUMO - koristi šumu slučajnosti i mašinu za vektorske podrške obučene na podacima prikupljenim iz literature [16]
  • SUMOsp - uses PSSM to score potential SUMOylation peptide stites. It can predict sites followed the ψKXE motif and unusual SUMOylation sites contained other non-canonical motifs.[17]
  • JASSA - internetski prediktor besplatnog pristupa web lokacijama SUMOilacijen (klasični i obrnuti konsenzus) i SIM-ovima (motiv SUMO interakcije). JASSA koristi sistem bodovanja zasnovan na matrici frekvencije položaja, izvedenog iz poravnanja eksperimentalnih SUMOilacijskih lokacija ili SIM-ova. Nove funkcije su implementirane u cilju bolje evaluacije predviđanja, uključujući identifikaciju pogodaka baze podataka koji se podudaraju sa sekvencom upita i predstavljanjem lokacija kandidata unutar sekundarnih strukturnih elemenata i/ili 3D savijanja proteina od interesa, koji se može dobaviti iz deponovanih PDB fajlova.[18]

SUMO prilog (SUMOilacija)

[uredi | uredi izvor]

SUMO vezanje za svoj cilj slično je vezanju ubikvitina (kao i za ostale proteine slične ubikvitinu, poput NEDD 8). SUMO prekursor ima neke dodatne aminokiseline koje treba ukloniti, pa se C-terminalni peptid SUMO prekursora cijepa proteazom; u čovjeka su to SENP proteaze ili Ulp1 u kvascu) da, bi se otkrio motiv di-glicina. Dobijeni SUMO se zatim veže za enzim E1 (SUMO aktivirajući enzim (SAE), koji je heterodimer. Zatim se prenosi na E2, koji je konjugirajući enzim (Ubc9). Konačno, jedan od malog broja proteina koji vežu E3, veže ga za protein. U kvascima postoje četiri SUMO E3 proteina, Cst9,[19] Mms21, Siz1 and Siz2. Iako je u uvikvitinaciji E3 presudan za dodavanje ubikvitina na svoju metu, dokazi sugeriraju da je E2 dovoljan u SUMOilaciji sve dok je prisutna konsenzusna sekvrnca. Smatra se da E3 ligaza promovira efikasnost SUMOilacije, a u nekim slučajevima se pokazalo da usmjerava SUMO konjugaciju na motive koji nisu konsenzusni. E3 enzimi se u velikoj mjeri mogu svrstati u proteine PIAS, kao što su Mms21 (član kompleksa Smc5 / 6) i Pias-gama i proteini HECT. Na hromosomu 17 ljudskog genoma, SUMO2 je, između ostalih, blizu SUMO1 + E1 / E2 i SUMO2 + E1 / E2. Neki E3, poput RanBP2, međutim nisu ni jedno ni drugo.[20] Nedavni dokazi pokazali su da je PIAS-gama potreban za SUMOilaciju transkripcijskog faktora yy1, ali je neovisan o cinkovom prstu - RING (identificiran kao funkcionalni domen E3 ligaza). SUMOilacija je reverzibilna i uklanja se sa ciljeva pomoću specifičnih SUMO-proteaza. U pupajućem kvascu nalazi se Ulp1 SUMO proteaza vezana za jedarne pore, dok je Ulp2 nukleoplazmatska. Izrazita subjedarna lokalizacija enzima deSUMOilacije konzervirana je kod viših eukariota.[21]

DeSUMOilacija

[uredi | uredi izvor]

SUMO se može ukloniti sa svoje podloge, što se naziva deSUMOilacija. u ovom postupku posreduju specifične proteaze (SENP u čovjeka ili Ulp1 i Ulp2 u kvascu).[22]

Uloga u prečišćavanju proteina

[uredi | uredi izvor]

Rekombinantni proteini u E. coli možda se neće pravilno presaviti, umjesto da formiraju agregate i istaloža se kao tijela za uključivanje.[23] Ova nerastvorljivost može biti posljedica prisustva kodona koje neefikasno čita E. coli, razlike u eukariotskim i prokariotskim ribosomima ili nedostataka odgovarajuće molekule šaperona za pravilno savijanje proteina.[24] Da bi se prečistili takvi proteini, može biti potrebno preraditi protein od ineresa s oznakom topljivosti kao što je SUMO ili MBP (maltoza-vezujući protein) da bi se povećala rastvorljivost proteina.[24] SUMO se kasnije može otcijepiti od tog proteina, pomoću SUMO-specifične proteaze kao što je Ulp1-peptidaza.[24]

Ljudski proteini SUMO

[uredi | uredi izvor]

Također pogledajte

[uredi | uredi izvor]

Reference

[uredi | uredi izvor]
  1. ^ Hay RT (april 2005). "SUMO: a history of modification". Molecular Cell. 18 (1): 1–12. doi:10.1016/j.molcel.2005.03.012. PMID 15808504.
  2. ^ Matunis MJ, Coutavas E, Blobel G (decembar 1996). "A novel ubiquitin-like modification modulates the partitioning of the Ran-GTPase-activating protein RanGAP1 between the cytosol and the nuclear pore complex". The Journal of Cell Biology. 135 (6 Pt 1): 1457–70. doi:10.1083/jcb.135.6.1457. PMC 2133973. PMID 8978815.
  3. ^ Mahajan R, Delphin C, Guan T, Gerace L, Melchior F (januar 1997). "A small ubiquitin-related polypeptide involved in targeting RanGAP1 to nuclear pore complex protein 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 (februar 2006). "SUMO-1 modification of centrosomal protein hNinein promotes hNinein nuclear localization". Life Sciences. 78 (10): 1114–20. doi:10.1016/j.lfs.2005.06.021. PMID 16154161.
  5. ^ Gill G (oktobar 2005). "Something about SUMO inhibits transcription". Current Opinion in Genetics & Development. 15 (5): 536–41. doi:10.1016/j.gde.2005.07.004. PMID 16095902.
  6. ^ SUMO1 SMT3 suppressor of mif two 3 homolog 1 (S. cerevisiae)
  7. ^ Wei W, Yang P, Pang J, Zhang S, Wang Y, Wang MH, Dong Z, She JX, Wang CY (oktobar 2008). "A stress-dependent SUMO4 SUMOylation of its substrate proteins". 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 (mart 2008). "SUMO-2/3 modification and binding regulate the association of CENP-E with kinetochores and progression through mitosis". 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 (novembar 2003). "SUMO-2/3 regulates topoisomerase II in mitosis". The Journal of Cell Biology. 163 (3): 477–87. doi:10.1083/jcb.200304088. PMC 2173648. PMID 14597774.
  10. ^ Saitoh H, Hinchey J (mart 2000). "Functional heterogeneity of small ubiquitin-related protein modifiers SUMO-1 versus SUMO-2/3". The Journal of Biological Chemistry. 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 (januar 2008). "In vivo identification of human small ubiquitin-like modifier polymerization sites by high accuracy mass spectrometry and an in vitro to in vivo strategy". Molecular & Cellular Proteomics. 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 (septembar 2008). "Phosphorylation of SUMO-1 occurs in vivo and is conserved through evolution". Journal of Proteome Research. 7 (9): 4050–7. doi:10.1021/pr800368m. PMID 18707152.
  13. ^ a b Jalal D, Chalissery J, Hassan AH (2017). "Genome maintenance in Saccharomyces cerevisiae: the role of SUMO and SUMO-targeted ubiquitin ligases". Nucleic Acids Res. 45 (5): 2242–2261. doi:10.1093/nar/gkw1369. PMC 5389695. PMID 28115630.
  14. ^ Geiss-Friedlander, Ruth; Melchior, Frauke (decembar 2007). "Concepts in sumoylation: a decade on". Nature Reviews Molecular Cell Biology (jezik: engleski). 8 (12): 947–956. doi:10.1038/nrm2293. ISSN 1471-0080.
  15. ^ Gramatikoff K. et al. In Frontiers of Biotechnology and Pharmaceuticals, Science Press (2004) 4: pp.181-210.
  16. ^ Teng S, Luo H, Wang L (juli 2012). "Predicting protein SUMOylation sites from sequence features". Amino Acids. 43 (1): 447–55. doi:10.1007/s00726-011-1100-2. PMID 21986959. S2CID 14360760.
  17. ^ Ren, Jian; Gao, Xinjiao; Jin, Changjiang; Zhu, Mei; Wang, Xiwei; Shaw, Andrew; Wen, Longping; Yao, Xuebiao; Xue, Yu (2009). "Systematic study of protein SUMOylation: Development of a site-specific predictor of SUMOsp 2.0". Proteomics. 9 (12): 3409–3412. doi:10.1002/pmic.200800646. PMID 19504496.
  18. ^ Beauclair G, Bridier-Nahmias A, Zagury JF, Saïb A, Zamborlini A (novembar 2015). "JASSA: a comprehensive tool for prediction of SUMOylation sites and SIMs". 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 (august 2006). "SUMO modifications control assembly of synaptonemal complex and polycomplex in meiosis of Saccharomyces cerevisiae". Genes & Development. 20 (15): 2067–81. doi:10.1101/gad.1430406. PMC 1536058. PMID 16847351.
  20. ^ Pichler A, Knipscheer P, Saitoh H, Sixma TK, Melchior F (oktobar 2004). "The RanBP2 SUMO E3 ligase is neither HECT- nor RING-type". Nature Structural & Molecular Biology. 11 (10): 984–91. doi:10.1038/nsmb834. PMID 15378033. S2CID 28085778.
  21. ^ Mukhopadhyay D, Dasso M (juni 2007). "Modification in reverse: the SUMO proteases". Trends in Biochemical Sciences. 32 (6): 286–95. doi:10.1016/j.tibs.2007.05.002. PMID 17499995.
  22. ^ Greška kod citiranja: Nevaljana oznaka <ref>; nije naveden tekst za reference s imenom : 0
  23. ^ Burgess, Richard; Deutscher, Murray (2009). "Guide to Protein Purification". Methods in Enzymology (2nd izd.). 463: 259–282. doi:10.1016/S0076-6879(09)63017-2. PMID 19892177.
  24. ^ a b c Kuo, Dennis; Nie, Minghua; Courey, Albert (2014). Protein Affinity Tags. Methods in Molecular Biology (Methods and Protocols). New York, NY: Humana Press. str. 71–80. ISBN 978-1-4939-1034-2.

Dopunska literatura

[uredi | uredi izvor]

Vanjski linkovi

[uredi | uredi izvor]

Programi za predikciju SUMOilacije:

  • SUMOplot Analysis Program — predicts and scores SUMOylation sites in your protein (by Abgent)
  • seeSUMO - prediction of SUMOylation sites
  • SUMOsp - prediction of SUMOylation sites
  • JASSA - Predicts and scores SUMOylation sites and SIM (SUMO interacting motif)