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在上一期PTM系列文章中，我们介绍了甲基化修饰的机制、相关酶以及底物研究现状。本期带大家了解一种研究热度在近几年逐渐攀升的PTM——SUMO化修饰（SUMOylation）。事实上，SUMO化修饰与往期内容中介绍的泛素化在某些方面极为相似，因此又被归类于类泛素化修饰。但在功能方面与泛素化有较大的区别，下面我们一起来了解一下SUMO化修饰。 SUMO化修饰是指将SUMO（Small Ubiquitin-like Modifier，类泛素小分子修饰蛋白）共价连接至底物蛋白赖氨酸残基上的过程。这种修饰可以改变底物蛋白的功能、稳定性、亚细胞定位或者蛋白质间相互作用，影响细胞的多种生理过程。SUMO是一个高度保守的小分子蛋白质家族，广泛存在于真核生物中。目前在真核生物中一共发现了五种SUMO蛋白(SUMO 1–5)。其中SUMO1、SUMO2、SUMO3分别含有101、103、95个氨基酸残基，SUMO2和SUMO3由于序列相似度高达97%，不能被抗体区分，所以通常统称为SUMO2/3。但其与SUMO1之间的序列相似性仅为46%，它们通常在体内表现出不同的生物学功能：SUMO1主要修饰生理状态下的一些蛋白质（如核孔蛋白），SUMO2/3主要修饰应激蛋白（如氧化损伤、热休克相关蛋白）。SUMO1、SUMO2和SUMO3广泛表达于所有细胞和器官；SUMO4在肾脏、淋巴结以及脾脏中表达；SUMO5主要在肺脏和脾脏中表达。  SUMO化修饰的过程涉及几个关键步骤： 成熟和活化：SUMO蛋白首先由特定的酶（如SENPs）裁剪至成熟形态，然后由E1激活酶（如SAE1/SAE2复合体）以ATP依赖的方式被活化。 结合：活化后的SUMO通过E2结合酶（如Ubc9）转移到底物蛋白上。 连接：在某些情况下，还需要E3连接酶来促进SUMO与底物蛋白的精确连接。 去SUMO化：SENPs可以切割SUMO化的底物蛋白，使其恢复到未修饰状态。 与泛素化类似，在SUMO化修饰的相关研究中，E3连接酶和去修饰相关酶受到了主要关注。迄今为止，报道的E3连接酶包括蛋白质PIAS家族成员(PIAS1、PIAS3、PIASxα、PIASxβ、PIASy)、hPC2(也称为PC2和CBX4)和RanBP2，这几种E3连接酶在修饰选择方面无特异性。报道的去修饰酶共有七个SENPs（ENP1-7），分为三个家族：第一个家族包括ENP1和ENP2，它们具有广泛的底物特异性并能结合SUMO1/2/3；第二个家族包括ENP3和ENP5，位于核仁中，主要负责SUMO2/3的清除；第三个家族包括ENP6和ENP7，负责从多聚SUMO链上去除SUMO2/3，主要位于核质中。 SUMO化影响蛋白质的多种生物学功能，如蛋白质表达、定位、稳定性和活性的调节等，广泛参与各种细胞过程，如细胞内定位、DNA修复、核质运输、转录因子激活、凋亡、细胞周期和基因转录等。通过这些机制，SUMO化参与了细胞应对各种压力和维持正常生理状态的调节。  SUMO化修饰常用研究方法与往期内容介绍的PTM相似，主要关注SUMO化水平变化、蛋白质互作网络以及底物蛋白的细胞定位和功能变化。其中主要研究技术包括： 1、Western Blot，检测蛋白质的SUMO修饰状态。通过使用针对SUMO和底物蛋白的特异性抗体，可以观察到SUMO化蛋白相对于未修饰蛋白在凝胶上的迁移速率差异； 2、免疫共沉淀（IP），确认蛋白质间的相互作用和SUMO化状态，使用抗SUMO抗体或抗底物蛋白抗体从细胞裂解液中富集SUMO化的蛋白复合物； 3、质谱分析，精确鉴定SUMO化位点、修饰丰度和涉及的蛋白质； 4、荧光分析，使用荧光蛋白（如GFP）标记SUMO或底物蛋白，可以实时观察其在细胞中的分布和变化； 5、报告基因分析，利用报告基因（如LUC报告酶）下游连接SUMO化位点，分析SUMO化影响基因的表达活性的机制。 目前已有不少研究将SUMO化的动态和调控机制与细胞功能以及疾病发生联系起来，SUMO化修饰的失调与多种疾病的发展有关，包括癌症、神经退行性疾病和感染性疾病。因此，针对SUMO化修饰路径的分子靶向治疗已成为疾病治疗研究的一个重要方向。对于特定底物的SUMO化修饰研究不仅有助于对细胞内部调控机制的深入了解，还可能指导未来的药物设计和治疗策略。汉恒生物可咨询SUMO化研究方案，还可定制SUMO分子表达载体、靶向特定组织及细胞的基因调控（突变、敲低/除以及过表达等）工具，包括慢病毒（Lentivirus, LV）、腺病毒（Adenovirus，AD）、腺相关病毒（Adeno-associated-virus,AAV）以及质粒等，如有需求，欢迎随时咨询。
参考文献： [1] Zhong Q, Xiao X, Qiu Y, et al. Protein posttranslational modifications in health and diseases: Functions, regulatory mechanisms, and therapeutic implications. MedComm (2020). 2023;4(3):e261. [2] Demel UM, Böger M, Yousefian S, et al. Activated SUMOylation restricts MHC class I antigen presentation to confer immune evasion in cancer. J Clin Invest. 2022;132(9):e152383. [3] Zhou HJ, Xu Z, Wang Z, et al. SUMOylation of VEGFR2 regulates its intracellular trafficking and pathological angiogenesis. Nat Commun. 2018;9(1):3303. Published 2018 Aug 17. Fan Y, Li X, Zhang L, et al. SUMOylation in Viral Replication and Antiviral Defense. Adv Sci (Weinh). 2022;9(7):e2104126. |
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