《SUMO化 一种重要的体内翻译后蛋白质修饰系统.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《SUMO化 一种重要的体内翻译后蛋白质修饰系统.pdf（5页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、细 胞 生 物 学 杂 志C h i n e s e J o u rn a l o f C e l l B i o l o g y 2 0 0 8 , 3 0 : 1 4 2 - 1 4 6h tt p : / / w w w .c j c b . o r g S U MO y l a t i o n :A n I m p o r t a n t P o s t - t r a n s l a t i o n a l Mo d i f i c a t i o n i n V i v o X i a n g - D o n g L i , Y a n g S h e n , Y a - F e
2、n g Q i u , Z h i - Y o n g Ma * ( D e p a r t m e n t o f V e t e r i n a ry P u b l i c H e a l t h , S h a n g h a i V e t e r i n a ry R e s e a r c h I n s t i t u t e , C h i n e s e A c a d e m y o f A g r i c u l t u r a l S c i e n c e s , S h a n g h a i 2 0 0 2 3 2 , C h i n a ) A b s t r
3、 a c t P o s t - t r a n s l a t i o n a l m o d i f i c a t i o n b y t h e s m a l l u b i q u i t i n - l i k e m o d i f e r ( S U M O ) i s e m e r g i n g a s a d e f i n i n g f e a t u r e o f e u k a ry o t i c c e l l s . S U MO h a s b e e n s h o w n t o c o v a l e n t l y m o d i f y a
4、 l a r g e n u m b e r o f p r o t e i n s , r e v e r s i b l e m o d i f i c a t i o n b y S U MO r e g u l a t e s n u c l e o c y t o p l a s m i c t r a n s l o c a l i z a t i o n , p r o t e i n - D N A b i n d i n g a c t i v i ty , p r o- t e i n - p r o t e i n i n t e r a c t i o n , t r
5、a n s c r i p t i o n a l r e g u l a t i o n , D N A r e p a i r , a n d g e n o m e o r g a n i z a t i o n . S U M O y l a t i o n a l s o p l a y s p i v o t a l r o l e s i n h u m a n d i s e a s e s s u c h a s c a n c e r a n d n e u r o d e g e n e r a t i v e d i s o r d e r , e l u c i d
6、a t i n g t h e b i o l o g i c a l s i g n i f i - c a n c e o f t h e p r o t e i n S U MO y l a t i o n a n d t h e i r r o l e s i n t h e s e d i s e a s e s w i l l p r o v i d e p o w e r f u l s t r a t e g y f o r d e v e l o p i n g n e w t h e r a p e u t i c r e a g e n t s . K e y w o r
7、 d s S U M O ; S U M O y l a t i o n ; p o s t - t r a n s l a t i o n a l m o d i f i c a t i o n S m a l l u b i q u i t i n - l i k e mo d i f e r ( S U MO ) i s o n e o f u b i q u i t i n - l i k e p r o t e i n s w h i c h w a s o r i g i n a l l y f o u n d t o b e c o v a l e n t l y l i n k
8、 e d t o t h e G T P a s e a c t i v a t i n g p r o t e i n R a n G A P I 1 1 . A l t h o u g h s h a r e s 1 8 % s e q u e n c e i d e n t i t y w i t h u b i q u i t i n a n d m e c h a n i s t i c s i m i l i r i t i e s , S U MO y l a t i o n d o e s n t p r o m o t e t h e d e g r a d a t i o
9、n o f p r o t e i n s b u t i n s t e a d a l t e r s a n u m b e r o f d i f f e r e n t f u n c t i o n a l p a r a m e t e r s o f p r o t e i n s 2 1 . T h e s e p a r a m e t e r s i n c l u d e b u t n o t l i m i t e d t o p r o p e rt i e s s u c h a s n u c l e o c y t o p l a s m i c t r a
10、 n s l o c a l i z a t i o n , p r o t e i n p a r t n e r i n g , p r o t e i n - D N A b i n d i n g a n d / o r t r a n s a c t i v a t i o n f u n c t i o n s o f t r a n s c r i p t i o n f a c t o r s El l . T o d a t e , m o r e t h a n 1 0 0 S U MO t a r g e t p r o t e i n s h a v e b e e n
11、 r e p o r t e d , o f w h i c h a s i g n i f i c a n t n u m b e r a r e e i t h e r t r a n - s c r i p t i o n f a c t o r s o r o t h e r p r o t e i n s i n v o l v e d i n D N A t r a n s - a c t i o n s 4 l . A m o n g t h e s y s t e m s t h a t m o d i f y p r o t e i n s t ruc t u r e , S
12、 U MO h a d a l r e a d y b e c o m e o n e o f t h e b e s t - s t u d i e d e x a m p l e s o f p o s t - t r a n s l a t i o n a l m o d i f i c a t i o n . I n t h i s r e v i e w , w e w i l l f o c u s o n r e s e a r c h p r o g r e s s e s i n t h e u n d e r s t a n d i n g o f t h e m e c
13、h a n i s m o f S U MO y l a t i o n , S U MO f u n c t i o n a n d r e g u l a t i o n . 1 S U MO a n d S U MO y l a t i o n I n l o w e r e u k a ryo t e s ( y e a s t a n d f l i e s ) , o n l y o n e S U MO g e n e i s e x p r e s s e d , w h e r e a s m a m m a l s e x p r e s s f o u r ( S U M
14、O 1 - S U MO 4 ) a n d p l a n t s m i g h t e v e n c o n - t a i n s u p t o e i g h t S U MO g e n e s 15 1 . M a t u r e S U M0 2 , S U M 0 3 a n d S U M0 4 a r e n e a r l y i d e n t i c a l b u t d i f f e r s u b - s t a n t i a l l y f r o m S U MO 1 ( F i g . l ) 11 8 1 . S U M O I e x i s
15、 t s i n t h e c o n j u g a t e d f o r m , w h e r e as t h e S U M0 2 / S U M0 3 f o r m p o l y - S U MO c h a i n s b y c o n j u n c t i o n t o L y s 1 1 , a n d e x i s t p r i m a r i l y a s f r e e p r o t e i n s t h a t a r e s u b j e c t t o r a p i d c o n - j u g a t i o n a f t e r
16、 c e l l u l a r s t r e s s (9 ) . T h e r e c e n t l y d e s c r i b e d S U M0 4 h as a r e s t r i c t e d p a t t e rn o f e x p r e s s i o n w i t h h i g h - e s t l e v e l s r e p o rt e d i n t h e k i d n e y , i t l a c k s p o s t t r a n s c r i p - t i o n a l p r o c e s s i n g a
17、n d t h e c a p a b i l i t y t o f o r m c o v a l e n t i n t e r a c t i o n s w i t h s u b s t r a t e s E 0 1 . Mo d i f i c a t i o n o f p r o t e i n s b y S U MO i s d y n a m i c a n d r e v e r s i b l e . I n a n e n z y m a t i c p a t h w a y , S U MO c o v a l e n t l y a t t a c h e
18、 d t o t a r g e t p r o t e i n s t o f i n i s h S U MO y l a t i o n p r o c e s s . O n t h e c o n t r a r y , S U MO - s p e c i f i c p r o t e a s e s ( S E N P s ) p a r t i c i p a t e i n t h e p r o c e s s i n g o f d e - S U MO y l a t i o n t h a t r e mo v e S U MO c o n j u g a t e
19、s f r o m s u b s t r a t e s . S U MO y l a t i o n i s a n a l o g o u s t o u b i q u i t i n a t i o n , w i t h t h e s e q u e n t i a l p a r t i c i p a t i o n o f t h e E 1 - a c t i v a t i o n e n z y m e , t h e E 2 - c o n j u g a t i n g e n z y m e ( U b c 9 ) , a n d E 3 l i g a s e
20、 s 1“ 1. T h e p r e c u r s o r o f S U M O i s c l e a v e d b y S U MO - s p e c i f i c p r o 门 t e a s e s t o r e v e a l t h e C - t e r m i n a l g l y c i n e r e s i d u e t h a t i s l i n k e d t o l y s i n e s i d e c h a i n s i n t a r g e t p r o t e i n s . S U MO a c t i v a t i n
21、 g e n z y m e i s a h e t e r o d i m e r c o n t a i n i n g S A E I a n d S A E 2 s u b u n i t s , i n a n A T P - d e p e n d e n t r e a c t i o n , t h e C - t e r m i n a l c a r b o x y l g r o u p o f m a t u r e S U MO f o r m s a R e c e i v e d : O c t o b e r 2 5 , 2 0 0 7 C o r r e s
22、p o n d i n g a u t h o r . T e l : A c c e p t e d : D e c e m b e r 2 4 , 2 0 0 7 8 6 - 2 1 - 5 4 1 1 2 2 1 5 , F a x : 8 6 - 2 1 - 5 4 0 8 1 8 1 8 , E - m a i l : m a z h i y o n g 9 9 y a h o o .c o m .c n 万方数据 L i X D e t a l . : S U MO y l a t i o n : A n I m p o rt a n t P o s t - t r a n s l
23、 a t i o n a l Mo d i f i c a t i o n i n V i v o 1 4 3 S UM0 1 S UM0 2 S UM0 3 S UM0 4 M S D Q E A K P S T E D L G D K K E G E Y I K L K V I G Q D S S E I H F K V K M T T H L K K L K E S Y C Q R Q G V P M N M A D E - - K P - K E G V K T E N N - D H I N L K V A G Q D G S V V Q F K I K R H T P L S K
24、L M K A Y C E 一一 M S E E - - K P - K E G V K T E N -D H I N L K V A G Q D G S V V Q F K I K R H T P L S K L M K A Y C E R Q G L S M R M A N E - - K P - T E E V K T E N N - N H I N L K V A G Q D G S V V Q F K I K R Q T P L S K L M K A Y C E P R G L S V K S L R F L F E G Q R I A D N H T P K E L G M E
25、E E D V I E V Y Q E Q T G G - - R 一 一 一一一 一 一一Q L E M E D E D T I D V F Q Q Q T G G Q I R F R F D G Q P I N E T D T P A Q L E M E D E D T I D V F Q Q Q T G G Q I R F R F G G Q P I S G T D K P A Q L E M E D E D T I D V F Q Q P T G G H S T V 一一 V Y 一 一 一 V P E S S L A G H S F V 丫 一 一 F i g . 1 A m i n
26、 o a c i d s e q u e n c e a l i g n m e n t s o f f o u r S U MO h o m o l o g s f r o m h u m a n e T h e S U M O a c c e p t o r l y s i n e i n t h i s m o t i f i s p r i n t e d i n b o l d . T h e s i t e o f c l e a v a g e t o p r o d u c e t h e m a t u r e p r o t e i n s w i t h C - t e
27、r m i n a l g l y c i n e - g l y c i n e r e s i d u e s i s i n d i c a t e d b y“ I ” . t h i o s t e r b o n d w i t h t h e s u l p h y d ry l g r o u p o f a c y s t e i n e r e s i d u e i n S A E 2 . T h e n , t h e a c t i v a t e d S UMO i s t r a n s t e r i f i e d f r o m S A E 2 t o c
28、y s t e i n e 9 3 o f S U MO c o n - j u g a t i n g e n z y m e U b c 9 . U b c 9 c a n r e c o g n i z e t h e s u b - s t r a t e a n d d i r e c t l y t r a n s f e r t h e a c t i v a t e d S U MO b y t h e f o r m a t i o n o f a n i s o p e p t i d e b o n d b e t w e e n t h e C - t e r m i
29、n a l c a r b o x y l g r o u p o f S U MO a n d t h e e - a m i n o g r o u p o f l y s i n e i n t h e s u b s t r a t e p r o t e i n w h i c h h a v e T K x E ( w h e r e V i s a l a r g e h y d r o p h o b i c r e s i d u e a n d x i s a n y r e s i d u e ) c o n s e n s u s m o t i f I t 2 1 .
30、 H o w e v e r , n o t a l l p r o t e i n s w i t h t h i s m o t i f u n d e r g o S U MO y l a t i o n , a n d s i t e s n o t c o n f i r m i n g t o t h i s m o t i f c a n s t i l l b e c o n j u g a t e d t o S U M O E l l . S e v e r a l S U MO E 3 li g as e s h a v e b e e n i d e n t i fi
31、e d t h a t p r o m o t e t r a n s f e r o f S U MO f r o m t h e E 2 t o s p e c i f i c s u b s t r a t e s . A l t h o u g h n o t r e q u i r e d f o r S U MO y l a t i o n i n v i t r o , S U MO E 3 l i g a s e s m a y b e i m p o r t a n t i n r e g u l a t i n g s u b s t r a t e s e l e c t
32、 i o n i n v i v o 1 1 4 1 . T o d a t e , t h r e e u n r e l a t e d p r o t e i n s h a v e b e e n f o u n d t o h a v e S U MO E 3 l i g a s e a c t i v i t y , t h e y a r e R a n B P 2 , t h e P I A S p r o e i n s , a n d t h e p o l y c o m b g r o u p p r o t e i n P c 2 I l l . T h e s e
33、t h r e e E 3 c l a s s e s h a v e d i s t i n c t s u b c e l l u l a r l o c a l i z a t i o n s a n d me d i a t e t h e m o d i f i c a t i o n o f s p e c i f i c s u b s t r a t e s . B e s i d e s t h i s c o v a l e n t i n t e r a c t i o n , t h e r e e x i s t s a n o n - c o v a l e n t
34、 i n t e r a c t i o n b e t w e e n S U MO a n d s u b s t r a t e p r o - t e i n s t h a t c o n t a i n S U M O - i n t e r a c t i n g m o t i f ( S I Ms ) I t b l . I t s e e m s p o s s i b l e t h a t S I M - m e d i a t e d S U M O b i n d i n g m a y r e p l a c e m a n y o f t h e f u n c
35、 t i o n a l a s p e c t s o f c o v a l e n t S U MO li n k a g e t o s u b s t r a t e s . S U MO m o d i f i c a t i o n b u t a l s o f o r o t h e r p o s t t r a n s l a t i o n a l m o d i f i c a t i o n ( u b i q u i t y l a t i o n a n d a c e ty l a t i o n ) . T h e c r o s s - t a l k b
36、 e t w e e n t h e s e p o s t t r a n s l a t i o n a l m o d i f i c a t o n a n d S U MO y l a t i o n p a t h w a y s m a y b e e x t e n s i v e a n d o f f u n - d a m e n t a l i m p o rt a n c e i n s i g n a l t r a n s d u c t i o n a s w e l l a s s i g n a l - d e p e n d e n t r e g u l
37、 a t i o n o f p r o t e i n a c t i v i ty “ “ 1 . S U MO m o d i f i c a t i o n w as f o u n d t o a n t a g o n i z e I x B a u b i q u i t i n a i t o n a n d p r o t e c t i t f r o m d e g r a d a t i o n : I n u n s t i m u l a t e d c e l l s , t h e N F - K B t r a n s c r i p t i o n f a
38、c t o r i s m a i n t a i n e d i n a n i n a c - t i v e s t a t e b y I x B a i n h i b i t o r p r o t e i n . I n r e s p o n s e t o a c - t i v a t io n s i g n a l s , I K B a u n d e r g o e s p o l y u b i q u i t in a t io n a t ly s i n e s 2 1 a n d 2 2 , t a r g e t i n g t h e p r o t
39、e i n f o r p r o t e as o m e - m e d i a t e d d e g r a d a t io n a n d re l e a s i n g th e a c t i v e N F x B . H o w e v e r , I x B a , w h i c h s h u t t l e s b e t w e e n t h e n u c l e u s a n d c y t o p l as m , i s a l s o mo d i f i e d b y S U MO1 o n l y s i n e 2 l , t h u s
40、b l o c k i n g u b i q u i t i n a t i o n a n d s t a b i l i z i n g t h e p r o t e i n 1 8 ) . A s i n d i c a t e d a b o v e , N E MO / I K K y P C N A a r e a l s o s u b j e c t t o u b i q u i - t i n a t i o n a n d S U M O y l a t i o n o n t h e s a m e l y s i n e r e s i d u e El l .
41、O t h e r p o s t - t r a n s l a t i o n a l m o d i f i c a t i o n s t h a t m o d i f y o t h e r r e s i d u e s s u c h a s p h o s p h o ryl a t i o n a l s o h a v e i m - p o r t a n t r e g u l a t o r y f u n c t i o n f o r S U MO y l a t i o n . F o r e x a m p l e , t h e p h o s p h o
42、 ry l a t i o n o f t h e p r o m y e l o c y t i c l e u - k a e m i a ( P ML ) d u r i n g m i t o s i s c o r r e l a t e s w i t h P ML d e - S U MO y l a t i o n a n d t h e d i s p e r s i o n o f t h e p r o m y e l o c y t i c l e u k a e m i a n u c l e a r b o d y ( P M L N B s ) , t h e i
43、 n t e g r i ty o f t h e P M L N B s i s d e p e n d e n t o n t h e S U MO y l a t i o n o f t h e i r p r i n c i p a l c o m p o n e n t 1 9 1 . B e i s i d e t h i s , p h o s p h o ry l a t i o n h a d b e e n s u g g e s t e d t o re g u l a t e S U M O m o d i f i c a t i o n o f t u - m o r
44、 s u p p r e s s o r p r o t e i n p 5 3 a n d p r o t o o n c o g e n e c - J u n E2 1 . 2l a t i o n a n d Ot h e r Mo d i f i c a t i o n 3 S U MO y l a t i o n a n d P r o t e i n T a r g e t i n g 切s i n e r e s i d u e s a c t a s a c c e p t o r s n o t o n l y f o r S U M O y l a t i o n h a
45、 s a n i m p o rt a n t f u n c t i o n b o t h i n 万方数据 1 4 4- Re v i e w. n u c l e o c y t o p l a s m i c t r a f f i c k i n g a n d n u c l e a r e x p o r t . T h e f i r s t i d e n t i f i e d S UMO s u b s t r a t e R a n GAP i s a s ma l l G T P a s e a c t i v i a t i n g p r o t e i n t
46、 h a t p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e i n n u c l e a r i m p o r t . U n m o d i f i e d R a n G A P i s c y t o p l a s m i c , wh e r e a s e S UMO- mo d i f e d R a n G AP i s a s s o c i a t e d wi t h t h e n u c l e a r p o r e c o m p l e x ( N P C ) w h e r e S U M O f a c i l i -
47、t a t e i n t e r a c t i o n w i t h R a n B P 2 , a c o m p o n e n t o f t h e n u c l e a r p o r e a n d S U MO E 3 l i g a s e 12 0 ) . O t h e r s w e l l - c h a r a c t e r - i z e d e x a m p l e s o f S U MO - d e p e n d e n t c h a n g e s i n n u c l e a r t a r g e t i n g i n c l u d
48、 i n g a d e n o v i r u s E I B 5 5 - k D a p r o t e i n , t h e t u m o r s u p p r e s s o r P M L , t h e I k B k i n a s e r e g u l a t o r N E MO , p a n c r e a t i c d u o d e n a l h o m e o b o x 1 ( P d x 1 ) , a n d t h e F a n c o n i a n e m i a p r o t e i n F A N C D 2 11 1 . M o s
49、 t S U M O - m o d i f i e d p r o - t e i n s r e s i d e i n t h e n u c l e u s b u t c y t o s o l i c S U MO t a r g e t s h a v e a l s o b e e n i d e n t i f i e d . N u c l e a r S U M O y l a t i o n o f D i c ty o s t e l i u m d i s c o i d e u m Me k l i s e s s e n t i a l f o r t h e t r a n s - l o c a t i o n o f Me k l t o t h e . c y t o p l a s m i c c o r t e x 2 1 1 . 4 S U MO y l a t i o n a n d T r a n s c r i p t i o n A m o n g o f m o r e t h a n 1 0 0 p r o t e i n s s u b s t r a t e s f o r t h e S U M O s y s t e