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 tiene 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 hidrófobo , 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:
SUMOplot: software de acceso gratuito en línea desarrollado para predecir la probabilidad de que la secuencia de consenso SUMO (SUMO-CS) participe en la conexión 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 de consenso con residuos de aminoácidos que exhiben hidrofobicidad similar . SUMOplot se ha utilizado en el pasado para predecir sitios dependientes de Ubc9.
SUMOsp: utiliza PSSM para puntuar posibles sitios de péptidos de SUMOilación. Puede predecir sitios que siguen el motivo ψKXE y sitios de SUMOilación inusuales que contienen 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 accesos a la base de datos que coincidan 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, recuperables a partir de archivos PDB depositados. [18]
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]
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enlaces externos
Grupo de homología SUMO1 de HomoloGene
Proteínas SUMO humanas en ExPASy: SUMO1 SUMO2 SUMO3 SUMO4
Programas de predicción SUMOilación:
Programa de análisis SUMOplot: predice y califica los sitios de SUMOilación en su proteína (por Abgent)
seeSUMO - predicción de sitios de SUMOilación
SUMOsp - predicción de sitios de SUMOilación
JASSA: predice y puntúa sitios de SUMOilación y SIM (motivo de interacción SUMO)