蛋白質翻譯后修飾之SUMO化修飾詳解

本文重點介紹蛋白質翻譯后修飾（PTMs）中SUMO化修飾，蛋白質組中任一蛋白質都能在翻譯時或翻譯后進行修飾，其中蛋白質翻譯后修飾包括磷酸化、糖基化、乙?；?、泛素化、SUMO化和其他修飾。作為泛素化的競爭對手，SUMO化修飾已經成為近年來的研究熱點之一。本文小編主要給大家介紹SUMO化定義、過程、與疾病的關系、為大家的實驗提供新思路。 

SUMO化是什么？

SUMO（small ubiquitin-related modifier）是近年來被發現數種與泛素相類似的蛋白質之一，它可經由類似泛素化的過程與目標蛋白質上特定的賴氨酸支鏈形成共價鍵而修飾目標蛋白質，這個過程稱為SUMOylation。蛋白SUMO修飾在細胞周期調控、細胞代謝、基因轉錄、DNA損傷和修復等眾多細胞生物學過程中，對底物蛋白質的表達、定位和活性進行調控。

SUMO化主要過程如下：SUMO基團首先需要活化成熟，通過SENP對SUMO的C末端氨基酸進行水解，數個氨基酸暴露雙甘氨酸殘基形成成熟的SUMO基團；在ATP水解提供能量的前提下，腺苷化的SUMO與E1激活酶的半胱氨酸殘基相連，形成高能硫脂鍵；激活的SUMO從E1傳遞到E2上；E2識別底物的保守序列，完成SUMO和底物間特異性結合；SUMO化是可逆的過程，SENP將底物的賴氨酸殘基與SUMO解離，解離的SUMO基團又可以到下一個SUMO化過程中去。SUMO化修飾的生物學功能包括：調節蛋白質相互作用、蛋白質核漿轉運及信號轉導、蛋白質定位、蛋白質轉錄活性、蛋白穩定性及拮抗泛素化等。

SUMO化過程

已知在人類基因組中主要編碼4種亞型的SUMO蛋白，分別是SUMO1、SUMO2/SUMO3和SUMO4。在氨基酸水平上，SUMO2與SUMO3具有97%的同源性（通常簡稱為SUMO2/3），而其與SUMO1只有46%的同源性。SUMO4主要在腎臟、脾臟組織和淋巴結等免疫組織中表達，盡管SUMO4的功能尚不清楚，但有研究發現SUMO4與1型糖尿病的易感性具有相關性。SUMO1可以作為一個單體分子附著在單個或多個賴氨酸位點上；而SUMO2/3形成聚合SUMO鏈，稱為聚SUMO化修飾。

SUMO化與多種疾病相關

SUMO化和去SUMO化的失衡與多種疾病的發生和發展有關，包括癌癥、神經退行性疾病、心臟病以及先天免疫性疾病。

癌癥：許多研究表明，SUMO E1激活酶（SAE1和SAE2的異二聚體）、SUMO E2結合酶（Ubc9）或SUMO E3連接酶在多種癌癥中表達上調。Ubc9 E2在肺腺癌和卵巢癌細胞中的表達水平上調，而PIAS3在肺癌、乳腺癌、前列腺癌和結腸直腸癌中的表達水平也上調。此外，人類腫瘤的發生與SUMO化和SUMO修飾的底物蛋白密切相關。SUMO修飾對癌癥干細胞的維持和自我更新至關重要。敲除SUMO激活酶E1或SUMO結合酶（E2）可抑制結直腸癌干細胞的維持和自遺傳。SUMO化的MAFB通過細胞周期調控促進結直腸癌腫瘤的發生。同樣，Akt的SUMO化是細胞生長和腫瘤發生所必需的，而K276是Akt的主要SUMO受體位點。

神經類疾?。?/strong>神經退行性疾病通常涉及異常和有毒蛋白聚集物的形成，這是神經退行性疾病發生和進展的主要因素。越來越多的證據表明，神經元SUMO化的異常導致許多病理條件和神經疾病。已知HTT蛋白SUMO修飾的異常與亨廷頓舞蹈癥（HD）有關。HTT的SUMO化增加了泛素-蛋白酶體途徑的降解，導致HTT的積累，最終導致HD。

先天免疫：SUMO修飾還涉及大量病毒的復制，或通過直接修飾病毒蛋白，或通過調節涉及抗病毒防御的細胞蛋白。越來越多的證據表明，SUMO調節了幾種參與先天免疫的宿主蛋白，從而有助于在病毒感染過程中控制干擾素產生的過程。蛋白質的SUMO化與抵抗RNA病毒感染有關。對于DNA病毒，SUMO化促進了DNA傳感器cGAS和適配器STING的穩定性，以調節對DNA病毒的反應動力學。NF-kB必需分子NEMO的SUMO化修飾增強了NF-kB活性、NF-kB依賴的細胞因子的產生和胰腺炎癥。

心臟?。?/strong>近年來的研究表明，蛋白質的SUMO化在心臟功能中起著重要作用，SUMO化/去SUMO化平衡對心臟的正常發育、代謝和應激適應具有重要作用。研究人員試圖利用SUMO修飾治療心臟病。Ubc9介導的SUMO化作用的增加可能是一種增加自噬通量和改善蛋白毒性心臟病發病率的新策略。Ubc9/PML/RNF4軸作為心臟纖維化中重要的SUMO通路發揮著關鍵作用，通過調節信號軸通路，為心臟纖維化和心力衰竭的治療提供了潛在的靶點。

SUMO化修飾的靶蛋白數量已經增加到2000多個，SUMO修飾可以增強轉錄或抑制轉錄，也會影響蛋白質的穩定性、活性和蛋白質的相互作用。因此，SUMO是一種常見的翻譯后蛋白修飾途徑，細胞在不同的環境中利用它來調節關鍵的細胞過程。未來課題設計的重要方向之一是研究SUMO酶如何在不同的細胞室中發揮功能。在未來的研究中，SUMO通路將越來越多地與人類疾病聯系在一起，而激活或抑制該通路將成為治療疾病的新思路。