类泛素化修饰

   Small Ubiquitin-like Modifier（或SUMO）蛋白是一类小分子蛋白家族成员，共价地附接在其他细胞蛋白以修改它们的功能。SUMO化是翻译后修饰参与各种细胞过程，例如核-细胞质运输，转录调节，细胞凋亡，蛋白质稳定性，应激反应，和细胞周期。 

SUMO蛋白类似于泛素（ubiquitin），被认为是泛素样蛋白家族的成员。SUMOylation由类似于泛素化的酶级联反应介导。与泛素化相反，SUMO不需要降解蛋白质。当C末端的最后四个氨基酸被切除SUMO的C末端甘氨酸残基与目标蛋白上的受体赖氨酸之间形成异肽键时，就会产生成熟的SUMO 。 SUMO家庭成员的名字经常不同。例如，酵母中的SUMO同源物称为SMT3。 

 功能  

蛋白质的SUMO修饰具有许多功能。研究最多的是蛋白质稳定性，核-胞质转运和转录调控。蛋白质的一小部分被SUMO化，并且该修饰通过脱SUMO化酶的作用迅速逆转。靶蛋白的SUMO化已显示出许多不同的结果，包括改变的定位和结合伴侣。RanGAP1（第一个鉴定出的SUMO底物）的SUMO-1修饰导致其从胞浆转运到核孔复合体。 hNinein的SUMO修饰导致其从中心体的核心。在许多情况下，转录调节子的SUMO修饰与转录抑制相关。可以参考SUMO蛋白的GeneRIFs，例如人SUMO-1。 

在人类中有4种已确认的SUMO亚型。SUMO-1，SUMO-2，SUMO-3和SUMO-4。在氨基酸水平上，SUMO1与几乎相同的SUMO2约有50％相同。SUMO-2 / 3彼此显示出高度相似性，与SUMO-1不同。SUMO-4与SUMO-2 / 3相似，但在90位上有脯氨酸而不是谷氨酰胺。结果，SUMO-4在正常条件下不进行加工和缀合，但用于在压力下修饰蛋白质-饥饿之类的条件。在有丝分裂期间，SUMO-2 / 3定位于着丝粒和浓缩染色体，而SUMO-1定位于有丝分裂纺锤体和纺锤体中间区，这表明SUMO旁系同源物调节哺乳动物细胞中不同的有丝分裂过程。与有丝分裂染色体相关的主要SUMO偶联产物之一是拓扑异构酶II的SUMO-2 / 3偶联产生的，在有丝分裂过程中，SUMO-2 / 3仅对其进行了修饰。 SUMO-2 / 3修饰似乎特别参与了应激反应。 SUMO-1和SUMO-2 / 3可以形成混合链，但是，由于SUMO-1不包含在SUMO-2 / 3中发现的内部SUMO共有位点，因此可以终止这些多SUMO链。 SUMO-1的丝氨酸2被磷酸化，提出了“修饰修饰物”的概念。 

DNA损伤反应  

细胞DNA经常暴露于DNA破坏剂中。通过调节和复杂的DNA损伤反应（DDR）来处理潜在有害作用。当发生DNA损伤时，SUMO蛋白已被证明是一种分子胶，可促进修复灶中大蛋白复合物的组装。 而且，SUMOylation可以改变蛋白质的生化活性和相互作用。SUMOylation在碱基切除修复，核苷酸切除修复，非同源末端连接和同源重组修复的主要DNA修复途径中起作用。 SUMOylation还有助于易于出错的转录合成。 

 结构  

SUMO蛋白很小；大多数是大约100个氨基酸的长度和12kDa的质量。确切长度和质量SUMO家族成员之间变化并且取决于该生物体的蛋白质的来源。尽管SUMO在氨基酸水平上与泛素几乎没有序列同一性（小于20％），但其结构折叠几乎相同。SUMO蛋白具有独特的10-25个苯胺酸N端延伸，而其他类泛素蛋白则没有。发现该N端与SUMO链的形成有关。人SUMO1的结构在右侧显示。它显示SUMO1为球状蛋白，氨基酸链的两端（以红色和蓝色显示）伸出该蛋白的中心。球形核由一个α螺旋和一个β片组成。显示的图基于溶液中蛋白质的NMR分析。 

 SUMO预测 

大多数SUMO修饰的蛋白质均包含四肽共有基序Ψ-KxD/E，其中Ψ为疏水残基，K为与SUMO缀合的赖氨酸，x为任何氨基酸（aa），D或E为酸性残基。底物特异性似乎直接来自Ubc9和各自的底物基序。当前可用的预测程序是： 

SUMOplot-在线免费访问软件，旨在预测SUMO共有序列（SUMO-CS）参与SUMO附件的可能性。 

SUMOplot评分系统基于两个标准：1）氨基酸直接与观察到的SUMO-CS相匹配，并显示出结合Ubc9，2）共有氨基酸残基被疏水性相似的氨基酸残基取代。SUMOplot过去曾用于预测Ubc9依赖性位点。 

seeSUMO-使用随机森林和支持向量机对从文献中收集的数据进行训练 SUMOsp-使用PSSM对潜在的SUMOylation肽位进行评分。它可以预测遵循ψKXE主题的位点，并且不寻常的SUMOylation位点包含其他非规范的主题。 

JASSA-SUMOylation站点（经典和反向共识）和SIM（SUMO交互基序）的在线免费访问预测器。JASSA使用基于位置频率矩阵的评分系统，该位置频率矩阵源自实验SUMOylation网站或SIM的对齐方式。实现了新功能以更好地评估预测，包括与查询序列匹配的数据库命中的标识以及二级结构元素和/或目标蛋白质的3D折叠中候选位点的表示，可从保存的PDB文件中检索。 

 SUMO（SUMOylation）  

SUMO与其靶标的附着与泛素类似（因为它与其他泛素样蛋白（例如NEDD 8）相同）。SUMO前体有一些额外的氨基酸需要去除，因此C端肽会被蛋白酶（在人类中是SENP蛋白酶或酵母中的Ulp1）从SUMO前体上切割下来，以显示二甘氨酸基序。然后，所获得的SUMO与作为异二聚体的E1酶（SUMO激活酶（SAE））结合。然后将其传递给E2，这是一种共轭酶（Ubc9）。最后，少数E3连接蛋白之一将其附着到蛋白上。在酵母中，有四种SUMO E3蛋白Cst9，Mms21，Siz1和Siz2。尽管在泛素化中E3对于将泛素添加至其靶标至关重要，但证据表明，只要存在共有序列，E2在SUMOylation中就足够了。认为E3连接酶可促进SUMO酰化的效率，并且在某些情况下，已证明E3连接酶可将SUMO缀合引导至非共有基序。E3酶大致可分为PIAS蛋白，例如Mms21（Smc5 / 6复合体的成员）以及Pias-γ和HECT蛋白。在人类基因组的17号染色​​体上，SUMO2靠近SUMO1 + E1 / E2和SUMO2 + E1 / E2等。但是，某些E3（例如RanBP2）都不是。[20]最近的证据表明，PIAS-γ是转录因子yy1的SUMOylation所必需的，但它独立于锌环指（已确定为E3连接酶的功能域）。SUMOylation是可逆的，可通过特定的SUMO蛋白酶从靶标中除去。在发芽酵母中，发现Ulp1 SUMO蛋白酶结合在核孔上，而Ulp2是核质的。在高级真核生物中，去SUMO化酶的独特亚核定位是保守的。 通常，在一定的时间只能将糖蛋白库（〜1％）蛋白质SUMO化。 DeSUMOylation  SUMO可以从其基板上去除，这称为deSUMOylation。特定的蛋白酶介导此过程（人中的SENP或酵母中的Ulp1和Ulp2）。 

 在蛋白质纯化中的作用  

在大肠杆菌中表达的重组蛋白可能无法正确折叠，而是形成聚集体并沉淀为包涵体。这种不溶性可能是由于存在大肠杆菌无法有效读取的密码子，真核和原核生物核糖体的差异，或者缺乏适当的分子伴侣来进行正确的蛋白质折叠。为了纯化此类蛋白质，可能有必要将目标蛋白质与溶解度标签（例如SUMO或MBP（麦芽糖结合蛋白））融合，以增加蛋白质的溶解度。SUMO随后可以使用SUMO特异性蛋白酶（例如Ulp1肽酶）从目标蛋白上切割下来。