本文重點介紹蛋白質(zhì)翻譯后修飾（PTMs）中SUMO化修飾，蛋白質(zhì)組中任一蛋白質(zhì)都能在翻譯時或翻譯后進行修飾，其中蛋白質(zhì)翻譯后修飾包括磷酸化、糖基化、乙酰化、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(jīng)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(guān)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(fā)現(xiàn)數(shù)種與泛素相類似的蛋白質(zhì)之一，它可經(jīng)由類似泛素化的過程與目標蛋白質(zhì)上特定的賴氨酸支鏈形成共價鍵而修飾目標蛋白質(zhì)，這個過程稱為SUMOylation。蛋白SUMO修飾在細胞周期調(diào)控、細胞代謝、基因轉(zhuǎn)錄、DNA損傷和修復(fù)等眾多細胞生物學(xué)過程中，對底物蛋白質(zhì)的表達、定位和活性進行調(diào)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(shù)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(jié)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(xué)功能包括：調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)相互作用、蛋白質(zhì)核漿轉(zhuǎn)運及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、蛋白質(zhì)定位、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄活性、蛋白穩(wěn)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(jié)等免疫組織中表達，盡管SUMO4的功能尚不清楚，但有研究發(fā)現(xiàn)SUMO4與1型糖尿病的易感性具有相關(guān)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(guān)

SUMO化和去SUMO化的失衡與多種疾病的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)，包括癌癥、神經(jīng)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(jié)合酶（Ubc9）或SUMO E3連接酶在多種癌癥中表達上調(diào)。Ubc9 E2在肺腺癌和卵巢癌細胞中的表達水平上調(diào)，而PIAS3在肺癌、乳腺癌、前列腺癌和結(jié)腸直腸癌中的表達水平也上調(diào)。此外，人類腫瘤的發(fā)生與SUMO化和SUMO修飾的底物蛋白密切相關(guān)。SUMO修飾對癌癥干細胞的維持和自我更新至關(guān)重要。敲除SUMO激活酶E1或SUMO結(jié)合酶（E2）可抑制結(jié)直腸癌干細胞的維持和自遺傳。SUMO化的MAFB通過細胞周期調(diào)控促進結(jié)直腸癌腫瘤的發(fā)生。同樣，Akt的SUMO化是細胞生長和腫瘤發(fā)生所必需的，而K276是Akt的主要SUMO受體位點。

神經(jīng)類疾病：神經(jīng)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(jīng)退行性疾病發(fā)生和進展的主要因素。越來越多的證據(jù)表明，神經(jīng)元SUMO化的異常導(dǎo)致許多病理條件和神經(jīng)疾病。已知HTT蛋白SUMO修飾的異常與亨廷頓舞蹈癥（HD）有關(guān)。HTT的SUMO化增加了泛素-蛋白酶體途徑的降解，導(dǎo)致HTT的積累，最終導(dǎo)致HD。

先天免疫：SUMO修飾還涉及大量病毒的復(fù)制，或通過直接修飾病毒蛋白，或通過調(diào)節(jié)涉及抗病毒防御的細胞蛋白。越來越多的證據(jù)表明，SUMO調(diào)節(jié)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(chǎn)生的過程。蛋白質(zhì)的SUMO化與抵抗RNA病毒感染有關(guān)。對于DNA病毒，SUMO化促進了DNA傳感器cGAS和適配器STING的穩(wěn)定性，以調(diào)節(jié)對DNA病毒的反應(yīng)動力學(xué)。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(chǎn)生和胰腺炎癥。

心臟病：近年來的研究表明，蛋白質(zhì)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(fā)育、代謝和應(yīng)激適應(yīng)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(dǎo)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(fā)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(fā)揮著關(guān)鍵作用，通過調(diào)節(jié)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(shù)量已經(jīng)增加到2000多個，SUMO修飾可以增強轉(zhuǎn)錄或抑制轉(zhuǎn)錄，也會影響蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性、活性和蛋白質(zhì)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(huán)境中利用它來調(diào)節(jié)關(guān)鍵的細胞過程。未來課題設(shè)計的重要方向之一是研究SUMO酶如何在不同的細胞室中發(fā)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(lián)系在一起，而激活或抑制該通路將成為治療疾病的新思路。