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Proteína SUMO

En biología molecular , las proteínas SUMO ( modificador tipo biquitina pequeña U ) son una familia de pequeñas proteínas que se unen y separan covalentemente de otras proteínas en las células para modificar su función. Este proceso se llama SUMOilación (a veces escrito sumoilación ). La SUMOilación es una modificación postraduccional involucrada en diversos 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 lo largo del ciclo celular . [1]

Las proteínas SUMO son similares a la ubiquitina y se consideran miembros de la familia de proteínas similares a la ubiquitina . La SUMOilación está dirigida por una cascada enzimática análoga a la involucrada en la ubiquitinación. A diferencia de la ubiquitina, SUMO no se utiliza para marcar proteínas para su degradación . El SUMO maduro se produce cuando los últimos cuatro aminoácidos del extremo C se han escindido 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 objetivo.

Los miembros de la familia SUMO suelen tener nombres diferentes; el homólogo SUMO en levadura , por ejemplo, se llama SMT3 (supresor de mif dos 3). Se han descrito varios pseudogenes para los genes SUMO en el genoma humano .

Esquema de estructura de la proteína SUMO1 humana elaborada con iMol y basada en el archivo PDB 1A5R, una estructura de RMN; la columna vertebral de la proteína se representa como una cinta, resaltando la estructura secundaria; N-terminal en azul, C-terminal en rojo
La misma estructura, que representa los átomos como esferas, muestra la forma de la proteína; humano SUMO1, archivo PDB 1A5R

Función

La modificación SUMO de proteínas tiene muchas funciones. Entre los más frecuentes y mejor estudiados se encuentran la estabilidad de las proteínas, el transporte nuclear - citosólico y la regulación transcripcional . Normalmente, sólo una pequeña fracción de una proteína determinada está SUMOilada y esta modificación se revierte rápidamente mediante la acción de enzimas deSUMOilantes. 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 pueden consultar los GeneRIF de las proteínas SUMO, por ejemplo, SUMO-1 humana, [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 un 50% idéntico a SUMO2. [ cita necesaria ] 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 que tiene prolina en lugar de glutamina en la posición 90. Como resultado, SUMO-4 no se procesa ni conjuga en condiciones normales, pero se utiliza 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 de 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 termina estas cadenas poli-SUMO. [11] La serina 2 de SUMO-1 está fosforilada, lo que plantea el concepto de un "modificador modificado". [12]

respuesta al daño del ADN

El ADN celular está expuesto regularmente a agentes que lo dañan. Generalmente se emplea una respuesta al daño del ADN (DDR) que está bien regulada y es compleja para hacer frente a los posibles efectos nocivos del daño. 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 proteicos en focos de reparación. [13] Además, la SUMOilación puede alterar las actividades e interacciones bioquímicas de una proteína. La SUMOilación desempeña un papel en las principales vías de reparación del ADN : reparación por escisión de bases , reparación por escisión de nucleótidos , unión de extremos no homólogos y reparación recombinante homóloga . [13] SUMOylation también facilita la síntesis de traducción 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 del organismo del que proviene la proteína. Aunque SUMO tiene muy poca identidad de secuencia con la 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 a 25 aminoácidos que otras proteínas similares a la ubiquitina 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 (mostrada en rojo y azul) sobresaliendo del centro de la proteína. El núcleo esférico consta de una hélice alfa y una lámina beta . Los diagramas mostrados se basan en un análisis de RMN de la proteína en solución.

Predicción del apego SUMO

La mayoría de las proteínas modificadas con SUMO contienen el motivo de consenso tetrapeptídico 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 del sustrato respectivo . Los programas de predicción disponibles actualmente son:

Accesorio SUMO (SUMOilación)

La unión de SUMO a su objetivo es similar a la de la ubiquitina (al igual que para otras proteínas similares a la ubiquitina, como NEDD 8). El precursor SUMO tiene algunos aminoácidos adicionales que deben eliminarse, por lo tanto, una proteasa escinde un péptido C-terminal del precursor SUMO (en humanos, estas son las proteasas SENP o Ulp1 en levadura) para revelar un motivo diglicina. El SUMO obtenido luego se une a una enzima E1 (enzima activadora de SUMO (SAE)) que es un heterodímero (subunidades SAE1 y SAE2 ). Luego pasa a un E2, que es una enzima conjugadora (Ubc9). Finalmente, una de las pocas proteínas ligadoras de E3 la une a la proteína. En la levadura, hay cuatro proteínas SUMO E3, Cst9, [19] Mms21, Siz1 y Siz2 . Si bien en la ubiquitinación un E3 es esencial para agregar ubiquitina a su objetivo, la evidencia sugiere que el E2 es suficiente en la SUMOilación siempre que la secuencia consenso esté presente. Se cree que la ligasa E3 promueve la eficiencia de la SUMOilación y, en algunos casos, se ha demostrado que dirige la conjugación de SUMO hacia 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 son ninguna de las dos cosas. [20] Evidencia reciente ha demostrado que PIAS-gamma es necesario para la SUMOilación del factor de transcripción yy1, pero es independiente del dedo 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 ciernes, la proteasa SUMO Ulp1 se encuentra unida al poro nuclear, mientras que Ulp2 es nucleoplásmica. La localización subnuclear distinta de las enzimas deSUMOilantes se conserva en eucariotas superiores. [21]

DesSUMOilación

SUMO se puede eliminar de su sustrato, lo que se denomina deSUMOilación. Proteasas específicas median en este procedimiento (SENP en humanos o Ulp1 y Ulp2 en levaduras). [14]

Papel en la purificación de proteínas.

Las proteínas recombinantes expresadas en E. coli pueden no plegarse adecuadamente, formando agregados y precipitando como cuerpos de inclusión . [22] Esta insolubilidad puede deberse a la presencia de codones leídos de manera ineficiente por E. coli , diferencias en los ribosomas eucariotas y procarióticos, o falta de chaperonas moleculares apropiadas para el plegamiento adecuado de proteínas. [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] Posteriormente, SUMO se puede escindir de la proteína de interés utilizando una proteasa específica de SUMO, como la peptidasa Ulp1 . [23]

Proteínas SUMO humanas

Ver también

Referencias

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  2. ^ Matunis MJ, Coutavas E, Blobel G (diciembre de 1996). "Una nueva modificación similar a la ubiquitina modula la partición de la proteína activadora de Ran-GTPasa RanGAP1 entre el citosol y el complejo del poro nuclear". La revista de biología celular . 135 (6 puntos 1): 1457–70. doi :10.1083/jcb.135.6.1457. PMC 2133973 . PMID  8978815. 
  3. ^ Mahajan R, Delphin C, Guan T, Gerace L, Melchior F (enero de 1997). "Un pequeño polipéptido relacionado con la ubiquitina implicado en la dirección de RanGAP1 a la proteína del complejo de poros nucleares RanBP2". Celúla . 88 (1): 97-107. doi : 10.1016/S0092-8674(00)81862-0 . PMID  9019411. S2CID  17819277.
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Otras lecturas

enlaces externos

Programas de predicción SUMOilación:

Laboratorios de investigación