SUMO 단백질
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Small Ubiquitin-like Modifier (또는 SUMO, 수모) 단백질은 기능을 수정하기 위해 세포의 다른 단백질에 공유결합으로 부착 및 분리되는 작은 단백질군이다. 수모화(SUMOylation)은 핵 - 세포질 수송, 전사 조절, 세포자살, 단백질 안정성, 스트레스에 대한 반응, 세포주기를 통한 진행과 같은 다양한 세포 과정에 관여하는 번역 후 변형이다.[1]
SUMO 단백질은 유비퀴틴과 유사하며 유비퀴틴 유사 단백질 계열의 구성원으로 간주된다. 수모화(SUMOylation)는 유비퀴틴화(ubiquitination)에 관련된 것과 유사한 효소 캐스케이드에 의해 지시된다. 유비퀴틴과 달리 SUMO는 단백질 분해를 표시(tag)하는데 사용되지 않는다. 성숙한 SUMO는 C- 말단의 마지막 4 개 아미노산이 절단되어 SUMO의 C- 말단 글리신 잔기와 표적 단백질의 수용체 라이신 사이에 이소 펩티드 결합을 형성 할 때 생성된다.
SUMO 구성원은 종종 다른 이름을 사용한다. 예를 들어 효모의 SUMO 동족체는 SMT3 (mif two 3의 억제 자(suppressor))라고 한다. 인간게놈에서 SUMO 유전자에 대해 여러 가지 유사유전자 (슈도진, pseudogenes)가 보고되어 있다.
기능[편집]
단백질의 SUMO 변형에는 많은 기능이 있다. 가장 많이 연구된 내용은 단백질 안정성, 핵 - 세포질 수송 및 전사 조절기능이다. 일반적으로 주어진 단백질의 작은 부분만 수모화(SUMOylated)되어 있으며 이 변형은 탈수모화(deSUMOylating) 효소의 작용에 의해 빠르게 반전된다. 표적 단백질의 수모화(SUMOylation)은 국소부위의 변형이나 결합 상대의 변형등 여러 다양한 결과를 일으키는것으로 알려져있다. RanGAP1 (최초로 확인된 SUMO 기질)의 SUMO-1 변형은 세포질에서 핵 기공 복합체로의 교통(trafficking)으로 이어진다.[2][3] 니네인 단백질(ninein)의 SUMO 변형은 중심체에서 핵으로의 이동으로 이어진다.[4] 많은 경우에 전사 조절제의 SUMO 변형은 전사 억제와 관련이 있다.[5] SUMO-1와 같은 수모 단백질의 유전자 기능정보(GeneRIFs)등을 참고해 정보를 얻을 수 있다.[6]
인간에는 4가지 확인된 SUMO 형태가 있다. SUMO-1, SUMO-2, SUMO-3 및 SUMO-4. 아미노산 수준에서 SUMO1은 SUMO2와 약 50% 동일하다. SUMO-2 / 3는 서로 높은 유사성을 보이며 SUMO-1과 구별된다. SUMO-4는 SUMO-2 / 3와 유사하지만 90 번 위치에 글루타민 대신 프롤린이 있다는 점에서 다르다. 결과적으로 SUMO-4는 정상적인 조건에서 처리 및 접합되지 않지만 기아와 같은 스트레스 조건에서 단백질의 변형에 사용된다.[7] 유사 분열(mitosis) 동안 SUMO-2 / 3는 중심체 및 축합 염색체에 국한되는 반면, SUMO-1은 유사 분열 방추(spindle) 및 방추 중간 영역(midzone)에 국한되어 SUMO 파라로그(paralogs)가 포유류 세포에서 뚜렷하게 유사 분열 과정을 조절한다.[8] 유사 분열 염색체와 관련된 주요 SUMO 접합 물질 중 하나는 유사 분열 동안 SUMO-2 / 3에 의해 독점적으로 변형되는 토포아이소머레이즈 II(topoisomerase II)의 SUMO-2 / 3 접합에서 발생한다.[9] SUMO-2 / 3 변형은 특히 스트레스 반응에 관여하는 것으로 보인다.[10] SUMO-1과 SUMO-2 / 3는 혼합 사슬을 형성 할 수 있지만 SUMO-1은 SUMO-2 / 3에서 발견되는 내부 SUMO 합의 사이트를 포함하지 않기 때문에 이러한 폴리 SUMO 사슬을 종결시키는 것으로 보인다.[11] SUMO-1의 세린(Serine) 2는 인산화되어 ''변형된' 변형효소'의 개념으로 생각된다.[12]
DNA 손상 반응[편집]
세포의 DNA는 정기적으로 DNA 손상 물질에 노출된다. DNA손상 반응 (DDR)은 일반적으로 잠재적으로 해로울 수 있는 손상을 복잡하고 정교한 과정을 통해 처리한다. DNA 손상이 발생하면 SUMO 단백질은 복구관점에서 큰 단백질 복합체의 조립을 촉진하는 분자 접착제 역할을 한다.[13] 또한 수모화(SUMOylation)은 단백질의 생화학적 활동과 상호작용을 변경시킬 수 있다. 수모화(SUMOylation)는 염기 절제 복구, 핵산 절제 복구, 비상동말단 연결 및 상동 재조합 복구의 주요 DNA 복구 경로에서 역할을 한다. 수모화(SUMOylation)는 또한 오류가 발생하기 쉬운 트랜스 병변(translesion) 합성을 촉진한다.
구조[편집]
SUMO 단백질은 작다. 대부분은 약 100개의 아미노산 길이이고 질량은 12kDa 정도이다. 정확한 길이와 질량은 SUMO 구성원마다 다르며 단백질이 어떤 생물체 유래인지에 따라 다르다. SUMO는 아미노산 수준에서 유비퀴틴 (20 % 미만)과 서열 동일성이 거의 없지만 거의 동일한 구조적 폴드를 가지고 있다. SUMO 단백질은 다른 유비퀴틴 유사 단백질에는 없는 10-25 개의 아미노산의 고유 한 N- 말단을 가지고 있다. 이 N- 말단은 SUMO 체인의 형성과 관련이 있다.[14]
인간 SUMO1의 구조가 그림으로 묘사되어 있다. SUMO1은 아미노산 사슬의 양쪽 끝 (빨간색과 파란색으로 표시됨)이 단백질의 중심에서 튀어 나와있는 구형 단백질로 표시된다. 구형 코어는 알파 나선과 베타시트로 구성된다. 표시된 다이어그램은 용액 내 단백질의 NMR 분석을 기반으로 한다.
SUMO 부착 예측[편집]
대부분의 SUMO 변형 단백질은 테트라 펩티드 컨센서스 모티프 (tetrapeptide consensus motif) Ψ-KxD / E를 포함하며, 여기서 Ψ는 소수성 잔기이고, K는 SUMO에 접합된 라이신이며, x는 모든 아미노산, D 또는 E는 산성 잔기이다. 기질 특이성은 Ubc9 및 각각의 기질 모티프에서 직접 파생되는 것으로 보인다. 현재 사용가능한 예측 프로그램은 다음과 같다.
- SUMOplot-SUMO 컨센서스 시퀀스 (SUMO-CS)가 SUMO 연결에 관여할 확률을 예측하기 위해 개발된 온라인 무료 접속가능한 소프트웨어이다.[15] SUMOplot 점수 시스템은 1) 관찰된 Ubc9에 결합하는 것으로 나타난 SUMO-CS에 대한 직접적인 아미노산 일치, 2) 유사한 소수성을 나타내는 아미노산 잔기로 공통 아미노산 잔기의 치환이라는 두 가지 기준을 기반으로 한다. SUMOplot은 과거에 Ubc9 종속 사이트를 예측하는 데 사용되었다.
- seeSUMO-문헌에서 수집된 데이터로 훈련한 랜덤 포레스트 및 서포트 벡터 머신을 사용한다.[16]
- SUMOsp- PSSM을 사용하여 잠재적인 수모화(SUMOylation) 펩타이드 위치들을 점수화한다. 그것은 ψKXE 모티프를 따르는 부위와 다른 비정규 모티프를 포함하는 비정상적인 수모화(SUMOylation) 부위를 예측할 수 있다.[17]
- JASSA-SUMOylation 위치 (클래식(classical) 및 반전된(inverted) 공통부위) 및 SIM (SUMO 상호 작용 모티프; SUMO interacting motif)의 온라인 무료 액세스 예측 프로그램. JASSA는 실험적인 수모화(SUMOylation) 사이트 또는 SIM의 정렬에서 파생된 위치 빈도 매트릭스를 기반으로하는 점수 시스템을 사용한다. PDB 파일에서 검색 할 수 있는 2차 구조 요소 및 (, 또는) 관심있는 단백질의 3D 폴드 내에서 쿼리 시퀀스와 일치하는 데이터베이스 적중의 식별 및 후보 사이트의 표현을 포함하여 예측의 더 나은 계산을 하는 기능이 구현되어 있다.[18]
SUMO 부착 (수모화; SUMOylation)[편집]
표적에 대한 SUMO 부착은 유비퀴틴의 부착과 유사하다 (NEDD 8과 같은 다른 유비퀴틴 유사 단백질의 경우와 마찬가지로). SUMO 전구체에는 제거해야하는 일부 추가 아미노산이 있으므로 C- 말단 펩티드는 프로테아제 (인간에서는 SENP 프로테아제 또는 효모의 Ulp1)에 의해 SUMO 전구체에서 절단되어 디 글리신 모티프(di-glycine motif)가 나타난다. 얻어진 SUMO는 이종이량체인 E1 효소 (SUMO Activating Enzyme (SAE))에 결합된다. 그런 다음 접합 효소 (Ubc9) 인 E2로 전달된다. 마지막으로, 소수의 E3 결찰 단백질 중 하나가 이를 단백질에 부착한다. 효모에는 4개의 SUMO E3 단백질, Cst9,[19] Mms21, Siz1 및 Siz2가 있다. 유비퀴틴화에서 E3는 유비퀴틴을 표적에 추가하는 데 필수적이지만, 실험결과들은 E2가 공통 서열이 존재하는 한 수모화(SUMOylation)에서 충분하다는 것을 시사한다. E3 리가아제는 수모화(SUMOylation)의 효율성을 촉진하는 것으로 생각되며 일부 경우에 수모(SUMO) 접합을 비 합의 모티프에 지시하는 것으로 나타났다. E3 효소는 크게 Mms21 (Smc5 / 6 복합체의 구성원) 및 Pias- 감마 및 HECT 단백질과 같은 PIAS 단백질로 분류 될 수 있다. 인간 게놈의 17번 염색체에서 SUMO2는 여러 가지 중에서도 SUMO1 + E1 / E2 및 SUMO2 + E1 / E2 근처에 있다. 그러나 RanBP2와 같은 일부 E3는 두가지 모두 아니다.[20] 최근의 실험적 증거에 따르면 PIAS- 감마는 전사 인자 yy1의 SUMOylation에 필요하지만 아연 링 핑거 (E3 리가제의 기능 도메인으로 식별 됨)와는 독립적이다. 수모화(SUMOylation)는 가역적이며 특정 SUMO 프로테아제에 의해 표적에서 제거된다. 발아 효모에서 Ulp1 SUMO 프로테아제는 핵 기공에 결합되어있는 반면 Ulp2는 핵질이다. 탈수모화(deSUMOylating) 효소의 뚜렷한 원자핵 속 위치(subnuclear localization)는 고등 진핵 생물에서 보존되어있다.[21]
탈수모화(DeSUMOylation)[편집]
SUMO는 기질에서 제거할 수 있으며, 이를 탈수모화(deSUMOylation)이라고 한다. 특정 단백분해효소는 이 절차를 매개한다 (인간의 SENP 또는 효모의 Ulp1 및 Ulp2).[14]
단백질 정제에서의 역할[편집]
대장균(E. coli )에서 발현되는 재조합 단백질은 적절하게 접히지 않고, 대신 응집체를 형성하고 봉입체(inclusion body)로 침전된다.[22] 이러한 불용성은 대장균(E. coli)에 의해 비효율적으로 읽히는 코돈의 존재, 진핵 및 원핵 리보솜의 차이 또는 적절한 단백질 폴딩을 위한 적절한 분자적 샤페론이 부족하기 때문일 수 있다.[23] 이러한 단백질을 정제하기 위해서는 관심 단백질을 SUMO 또는 MBP (말토오스 결합 단백질)와 같은 용해성이 높은 태그와 융합하여 단백질의 용해도를 증가시킬 수 있다. SUMO는 이후에 Ulp1 펩티드분해효소(Ulp1 peptidase)와 같은 SUMO- 특이 프로테아제를 사용하여 관심있는 단백질을 절단할 수 있다.
인간 SUMO 단백질[편집]
- SUMO1
- SUMO2
- SUMO3
- SUMO4
- 유비퀴틴 (Ubiquitin)
- 원핵 유비퀴틴 유사 단백질 (Prokaryotic ubiquitin-like protein)
각주[편집]
- ↑ “SUMO: a history of modification”. 《Molecular Cell》 18 (1): 1–12. April 2005. doi:10.1016/j.molcel.2005.03.012. PMID 15808504.
- ↑ “A novel ubiquitin-like modification modulates the partitioning of the Ran-GTPase-activating protein RanGAP1 between the cytosol and the nuclear pore complex”. 《The Journal of Cell Biology》 135 (6 Pt 1): 1457–70. December 1996. doi:10.1083/jcb.135.6.1457. PMC 2133973. PMID 8978815.
- ↑ “A small ubiquitin-related polypeptide involved in targeting RanGAP1 to nuclear pore complex protein RanBP2”. 《Cell》 88 (1): 97–107. January 1997. doi:10.1016/S0092-8674(00)81862-0. PMID 9019411.
- ↑ “SUMO-1 modification of centrosomal protein hNinein promotes hNinein nuclear localization”. 《Life Sciences》 78 (10): 1114–20. February 2006. doi:10.1016/j.lfs.2005.06.021. PMID 16154161.
- ↑ “Something about SUMO inhibits transcription”. 《Current Opinion in Genetics & Development》 15 (5): 536–41. October 2005. doi:10.1016/j.gde.2005.07.004. PMID 16095902.
- ↑ SUMO1 SMT3 suppressor of mif two 3 homolog 1 (S. cerevisiae)
- ↑ “A stress-dependent SUMO4 SUMOylation of its substrate proteins”. 《Biochemical and Biophysical Research Communications》 375 (3): 454–9. October 2008. doi:10.1016/j.bbrc.2008.08.028. PMID 18708028.
- ↑ “SUMO-2/3 modification and binding regulate the association of CENP-E with kinetochores and progression through mitosis”. 《Molecular Cell》 29 (6): 729–41. March 2008. doi:10.1016/j.molcel.2008.01.013. PMC 2366111. PMID 18374647.
- ↑ “SUMO-2/3 regulates topoisomerase II in mitosis”. 《The Journal of Cell Biology》 163 (3): 477–87. November 2003. doi:10.1083/jcb.200304088. PMC 2173648. PMID 14597774.
- ↑ “Functional heterogeneity of small ubiquitin-related protein modifiers SUMO-1 versus SUMO-2/3”. 《The Journal of Biological Chemistry》 275 (9): 6252–8. March 2000. doi:10.1074/jbc.275.9.6252. PMID 10692421.
- ↑ “In vivo identification of human small ubiquitin-like modifier polymerization sites by high accuracy mass spectrometry and an in vitro to in vivo strategy”. 《Molecular & Cellular Proteomics》 7 (1): 132–44. January 2008. doi:10.1074/mcp.M700173-MCP200. PMC 3840926. PMID 17938407.
- ↑ “Phosphorylation of SUMO-1 occurs in vivo and is conserved through evolution”. 《Journal of Proteome Research》 7 (9): 4050–7. September 2008. doi:10.1021/pr800368m. PMID 18707152.
- ↑ “Genome maintenance in Saccharomyces cerevisiae: the role of SUMO and SUMO-targeted ubiquitin ligases”. 《Nucleic Acids Res.》 45 (5): 2242–2261. 2017. doi:10.1093/nar/gkw1369. PMC 5389695. PMID 28115630.
- ↑ 가 나 Geiss-Friedlander, Ruth; Melchior, Frauke (December 2007). “Concepts in sumoylation: a decade on”. 《Nature Reviews Molecular Cell Biology》 (영어) 8 (12): 947–956. doi:10.1038/nrm2293. ISSN 1471-0080.
- ↑ Gramatikoff K. et al. In Frontiers of Biotechnology and Pharmaceuticals, Science Press (2004) 4: pp.181-210.
- ↑ “Predicting protein SUMOylation sites from sequence features”. 《Amino Acids》 43 (1): 447–55. July 2012. doi:10.1007/s00726-011-1100-2. PMID 21986959.
- ↑ Ren, Jian; Gao, Xinjiao; Jin, Changjiang; Zhu, Mei; Wang, Xiwei; Shaw, Andrew; Wen, Longping; Yao, Xuebiao; Xue, Yu (2009). “Systematic study of protein SUMOylation: Development of a site-specific predictor of SUMOsp 2.0”. 《Proteomics》 9 (12): 3409–3412. doi:10.1002/pmic.200800646. PMID 19504496.
- ↑ “JASSA: a comprehensive tool for prediction of SUMOylation sites and SIMs”. 《Bioinformatics》 31 (21): 3483–91. November 2015. doi:10.1093/bioinformatics/btv403. PMID 26142185.
- ↑ “SUMO modifications control assembly of synaptonemal complex and polycomplex in meiosis of Saccharomyces cerevisiae”. 《Genes & Development》 20 (15): 2067–81. August 2006. doi:10.1101/gad.1430406. PMC 1536058. PMID 16847351.
- ↑ “The RanBP2 SUMO E3 ligase is neither HECT- nor RING-type”. 《Nature Structural & Molecular Biology》 11 (10): 984–91. October 2004. doi:10.1038/nsmb834. PMID 15378033.
- ↑ “Modification in reverse: the SUMO proteases”. 《Trends in Biochemical Sciences》 32 (6): 286–95. June 2007. doi:10.1016/j.tibs.2007.05.002. PMID 17499995.
- ↑ Burgess, Richard; Deutscher, Murray (2009). “Guide to Protein Purification”. 《Methods in Enzymology》 2판 463: 259–282. doi:10.1016/S0076-6879(09)63017-2. PMID 19892177.
- ↑ Kuo, Dennis; Nie, Minghua; Courey, Albert (2014). 《Protein Affinity Tags. Methods in Molecular Biology (Methods and Protocols)》. New York, NY: Humana Press. 71–80쪽. ISBN 978-1-4939-1034-2.