S centro comercial U biquitin-como Mo difier (o SUMO ) proteínas son una familia de pequeñas proteínas que están covalentemente unidos a y separado de otras proteínas en las células a modificar su función. Este proceso se llama SUMOilación (a veces escrito sumoilación ). La SUMOilación es una modificación postraduccional involucrada en varios procesos celulares, como el transporte nuclear - citosólico , la regulación transcripcional , la apoptosis , la estabilidad de las proteínas, la respuesta al estrés y la progresión a través de laciclo celular . [1]
Proteínas SUMO son similares a la ubiquitina y se consideran miembros de la proteína semejante a la ubiquitina familia. La SUMOilación está dirigida por una cascada enzimática análoga a la involucrada en la ubiquitinación. A diferencia de la ubiquitina, SUMO no se usa para etiquetar proteínas para su degradación . El SUMO maduro se produce cuando los últimos cuatro aminoácidos del extremo C-terminal se han separado para permitir la formación de un enlace isopéptido entre el residuo de glicina C-terminal de SUMO y un aceptor de lisina en la proteína diana.
Los miembros de la familia SUMO a menudo tienen nombres diferentes; el homólogo SUMO en la levadura , por ejemplo, se llama SMT3 (supresor de mif dos 3). Se han informado varios pseudogenes para genes SUMO en el genoma humano .
Función
La modificación SUMO de proteínas tiene muchas funciones. Entre la estabilidad más frecuentes y mejor estudiadas son las proteínas, nuclear - citosólica de transporte, y transcripcional regulación. Típicamente, solo una pequeña fracción de una proteína dada se SUMOila y esta modificación se revierte rápidamente por la acción de las enzimas desSUMOilantes. Se ha demostrado que la SUMOilación de proteínas diana causa una serie de resultados diferentes, incluida la localización alterada y los socios de unión. La modificación SUMO-1 de RanGAP1 (el primer sustrato SUMO identificado) conduce a su tráfico desde el citosol al complejo de poros nucleares. [2] [3] La modificación SUMO de ninein conduce a su movimiento desde el centrosoma al núcleo . [4] En muchos casos, la modificación SUMO de los reguladores transcripcionales se correlaciona con la inhibición de la transcripción. [5] Se puede consultar los GeneRIF de las proteínas SUMO, por ejemplo, SUMO-1 humano, [6] para obtener más información.
Hay 4 isoformas SUMO confirmadas en humanos; SUMO-1 , SUMO-2 , SUMO-3 y SUMO-4 . A nivel de aminoácidos, SUMO1 es aproximadamente 50% idéntico a SUMO2. [ cita requerida ] SUMO-2/3 muestran un alto grado de similitud entre sí y son distintos de SUMO-1. SUMO-4 muestra similitud con SUMO-2/3 pero se diferencia en tener una Prolina en lugar de Glutamina en la posición 90. Como resultado, SUMO-4 no se procesa ni se conjuga en condiciones normales, pero se usa para modificar proteínas bajo estrés. -condiciones como el hambre. [7] Durante la mitosis, SUMO-2/3 se localiza en centrómeros y cromosomas condensados, mientras que SUMO-1 se localiza en el huso mitótico y la zona media del huso, lo que indica que los parálogos SUMO regulan distintos procesos mitóticos en células de mamíferos. [8] Uno de los principales productos de conjugación SUMO asociados con los cromosomas mitóticos surgió de la conjugación SUMO-2/3 de la topoisomerasa II, que es modificada exclusivamente por SUMO-2/3 durante la mitosis. [9] Las modificaciones de SUMO-2/3 parecen estar involucradas específicamente en la respuesta al estrés. [10] SUMO-1 y SUMO-2/3 pueden formar cadenas mixtas, sin embargo, debido a que SUMO-1 no contiene los sitios de consenso SUMO internos que se encuentran en SUMO-2/3, se cree que terminan estas cadenas poli-SUMO. [11] La serina 2 de SUMO-1 está fosforilada, lo que plantea el concepto de "modificador modificado". [12]
Respuesta al daño del ADN
El ADN celular se expone regularmente a agentes que dañan el ADN. Un daño en el DNA de respuesta (DDR) que es bien regulado y complejo se emplea generalmente para hacer frente a los posibles efectos perjudiciales de los daños. Cuando se produce daño en el ADN, se ha demostrado que la proteína SUMO actúa como un pegamento molecular para facilitar el ensamblaje de grandes complejos de proteínas en focos de reparación. [13] Además, la SUMOilación puede alterar las actividades e interacciones bioquímicas de una proteína. La SUMOilación juega un papel en las principales vías de reparación del ADN de reparación por escisión de bases , reparación por escisión de nucleótidos , unión de extremos no homólogos y reparación recombinacional homóloga . [13] SUMOylation también facilita la síntesis de translesion propensa a errores.
Estructura
Las proteínas SUMO son pequeñas; la mayoría tienen alrededor de 100 aminoácidos de longitud y 12 kDa de masa . La longitud y la masa exactas varían entre los miembros de la familia SUMO y dependen de qué organismo proviene la proteína. Aunque SUMO tiene muy poca identidad de secuencia con ubiquitina (menos del 20%) a nivel de aminoácidos, tiene un pliegue estructural casi idéntico. La proteína SUMO tiene una extensión N-terminal única de 10-25 animoácidos que otras proteínas similares a uniquitina no tienen. Este N-terminal se encuentra relacionado con la formación de cadenas SUMO. [14]
La estructura del SUMO1 humano se muestra a la derecha. Muestra SUMO1 como una proteína globular con ambos extremos de la cadena de aminoácidos (mostrados en rojo y azul) sobresaliendo del centro de la proteína. El núcleo esférico consta de una hélice alfa y una hoja beta . Los diagramas mostrados se basan en un análisis de RMN de la proteína en solución.
Predicción de apego SUMO
La mayoría de las proteínas modificadas con SUMO contienen el motivo consenso tetrapéptido Ψ-KxD / E donde Ψ es un residuo hidrofóbico , K es la lisina conjugada con SUMO, x es cualquier aminoácido (aa), D o E es un residuo ácido. La especificidad del sustrato parece derivarse directamente de Ubc9 y el motivo de sustrato respectivo . Los programas de predicción disponibles actualmente son:
- SUMOplot: software de acceso gratuito en línea desarrollado para predecir la probabilidad de que la secuencia de consenso SUMO (SUMO-CS) se involucre en la vinculación SUMO. [15] El sistema de puntuación SUMOplot se basa en dos criterios: 1) coincidencia directa de aminoácidos con el SUMO-CS observado y demostrado que se une a Ubc9, y 2) sustitución de los residuos de aminoácidos consenso por residuos de aminoácidos que exhiben una hidrofobicidad similar . SUMOplot se ha utilizado en el pasado para predecir sitios dependientes de Ubc9.
- seeSUMO: utiliza bosques aleatorios y máquinas de vectores de apoyo capacitadas en los datos recopilados de la literatura [16]
- SUMOsp: utiliza PSSM para puntuar posibles péptidos de SUMOylation. Puede predecir sitios seguidos del motivo ψKXE y los sitios SUMOylation inusuales contenían otros motivos no canónicos. [17]
- JASSA: predictor de acceso gratuito en línea de sitios SUMOylation (consenso clásico e invertido) y SIM (motivo de interacción SUMO). JASSA utiliza un sistema de puntuación basado en una Matriz de Frecuencia de Posición derivada de la alineación de sitios de SUMOilación experimentales o SIM. Se implementaron características novedosas para una mejor evaluación de la predicción, incluida la identificación de aciertos de la base de datos que coinciden con la secuencia de consulta y la representación de sitios candidatos dentro de los elementos estructurales secundarios y / o el pliegue 3D de la proteína de interés, recuperable de archivos PDB depositados. [18]
Adjunto SUMO (SUMOylation)
La unión de SUMO a su objetivo es similar a la de la ubiquitina (como lo es para las otras proteínas similares a la ubiquitina, como NEDD 8). El precursor SUMO tiene algunos aminoácidos adicionales que deben eliminarse, por lo tanto, un péptido C-terminal se escinde del precursor SUMO por una proteasa (en humanos, estas son las proteasas SENP o Ulp1 en levadura) para revelar un motivo de diglicina. El SUMO obtenido luego se une a una enzima E1 (enzima activadora de SUMO (SAE)) que es un heterodímero. Luego se pasa a un E2, que es una enzima conjugadora (Ubc9). Finalmente, una de una pequeña cantidad de proteínas ligantes de E3 la une a la proteína. En la levadura, hay cuatro proteínas SUMO E3, Cst9, [19] Mms21, Siz1 y Siz2. Mientras que en la ubiquitinación un E3 es esencial para agregar ubiquitina a su objetivo, la evidencia sugiere que el E2 es suficiente en SUMOylation siempre que esté presente la secuencia consenso. Se cree que la ligasa E3 promueve la eficacia de la SUMOilación y, en algunos casos, se ha demostrado que dirige la conjugación SUMO sobre motivos no consensuados. Las enzimas E3 se pueden clasificar en gran medida en proteínas PIAS, como Mms21 (un miembro del complejo Smc5 / 6) y proteínas Pias-gamma y HECT . En el cromosoma 17 del genoma humano, SUMO2 está cerca de SUMO1 + E1 / E2 y SUMO2 + E1 / E2, entre varios otros. Sin embargo, algunos E3, como RanBP2, no lo son. [20] Evidencia reciente ha demostrado que se requiere PIAS-gamma para la SUMOilación del factor de transcripción yy1 pero es independiente del dedo de zinc-RING (identificado como el dominio funcional de las ligasas E3). La SUMOilación es reversible y se elimina de los objetivos mediante proteasas SUMO específicas. En la levadura en gemación, la proteasa Ulp1 SUMO se encuentra unida al poro nuclear, mientras que Ulp2 es nucleoplasmática. La localización subnuclear distinta de las enzimas desSUMOylates se conserva en eucariotas superiores. [21]
DeSUMOilación
SUMO puede eliminarse de su sustrato, lo que se denomina desSUMOilación. Las proteasas específicas median en este procedimiento (SENP en humanos o Ulp1 y Ulp2 en levadura). [14]
Papel en la purificación de proteínas
Es posible que las proteínas recombinantes expresadas en E. coli no se plieguen correctamente, formando en su lugar agregados y precipitando como cuerpos de inclusión . [22] Esta insolubilidad puede deberse a la presencia de codones leídos de manera ineficaz por E. coli , diferencias en los ribosomas eucariotas y procariotas, o falta de chaperonas moleculares apropiadas para el plegamiento de proteínas adecuado. [23] Para purificar dichas proteínas, puede ser necesario fusionar la proteína de interés con una etiqueta de solubilidad como SUMO o MBP ( proteína de unión a maltosa ) para aumentar la solubilidad de la proteína. [23] SUMO se puede escindir posteriormente de la proteína de interés utilizando una proteasa específica de SUMO como la peptidasa Ulp1 . [23]
Proteínas SUMO humanas
- SUMO1
- SUMO2
- SUMO3
- SUMO4
Ver también
- Ubiquitina
- Proteína procariota similar a la ubiquitina
Referencias
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Otras lecturas
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enlaces externos
- Grupo de homología SUMO1 de HomoloGene
- proteínas SUMO humanas en ExPASy: SUMO1 SUMO2 SUMO3 SUMO4
Programas de predicción SUMOylation:
- Programa de análisis SUMOplot : predice y puntúa los sitios SUMOylation en su proteína (por Abgent)
- seeSUMO - predicción de sitios SUMOylation
- SUMOsp - predicción de sitios SUMOylation
- JASSA : predice y puntúa sitios SUMOylation y SIM (motivo de interacción SUMO)