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摘 要： SUMO是一类重要的类泛素蛋白，SUMO化修饰作为一种蛋白质翻译后修饰，广泛参与生物体的生命活动，具有极其重要的功能。笔者对SUMO的分类、SUMO化循环及其功能进行了简明的阐述。
关键词：SUMO分子；SUMO化循环；翻译后修饰
中图分类号：Q946.1 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.10.007
蛋白质翻译后的修饰作用是蛋白质功能调节的关键信号通路。最常见的翻译后修饰是泛素化， 其作用是在蛋白质翻译后， 通过将泛素分子结合到靶蛋白上， 形成多聚泛素链， 26S蛋白酶体可以识别泛素链上的靶蛋白。SUMO（small ubiquitin—related modifier，SUMO）是近年来研究热门的一种类泛素小分子[1]，是泛素样蛋白家族中的一员，在二级三级结构上与泛素高度相似，但是功能却与泛素不同，SUMO与底物蛋白结合后调节蛋白功能[2]。
1 SUMO分类
SUMO在物种进化过程中高度保守，其分子量较小，存在于真核生物的细胞中。目前，在低等真核生物中，只存在一种SUMO基因，即SUMO-1；在脊椎动物中，至少存在3种SUMO基因；在哺乳动物中，目前已发现4种SUMO基因，分别为SUMO-1，SUMO-2，SUMO-3和SUMO-4。潜在的SUMO结合保守基序存在于SUMO-2，SUMO-3和SUMO-4的氨基端，而SUMO-1则不存在，但可以结合在SUMO-2，SUMO-3链的末端。4种SUMO分子在生物体内的分布及细胞中的分布各不相同，各自的功能也不相同。SUMO的许多底物都含有SUMO结合保守基序ψKxE（ψ代表疏水性氨基酸，x代表任意的氨基酸，K即为SUMO共价结合位点，E为谷氨酸）[3]，同时，还具有核定位信号（nuclearlocalizationsignal，NLS）。
2 SUMO化循环及参与SUMO化循环的酶
SUMO化循环是一种共价修饰，其中需要ATP的参与。SUMO化循环主要包括激活、结合、连接和去SUMO化过程[4]。SUMO对靶蛋白的修饰类似于泛素化，也是可逆的多步酶促反应。SUMO分子与靶蛋白上的某些赖氨酸残基形成共价键，并修饰靶蛋白，此过程为SUMO化（sumoylation）。SUMO前体蛋白在SENP的作用下，成为成熟的蛋白，暴露出C端Gly.在ATP的参与下， SUMO的C端Gly与E1-激活酶（SAE-1，SAE-2）的一个Cys残基相连，该作用是通过硫酯键。活化的SUMO发生转酯反应，与SUMO特异性结合酶（E2） Ubc9的半胱氨酸残基Cys93相连， Ubc9将SUMO分子结合到目标蛋白上，在SUMO连接酶（E3）的参与下识别底物，对底物的SUMO化有促进作用。以上是SUMO化的过程。反之，将SUMO从靶蛋白上移除，称为去SUMO化， 该过程是由SUMO特异性蛋白酶（sentrin/SUMO-specific protease， SENP）作用完成的，SUMO前体在SENP作用下切除羧基端（C端）数个氨基酸，从而暴露出双甘氨酸残基，重新进入SUMO循环。
SUMO活化酶E1（ SUMO-activating enzyme）是异源二聚体，由Aos1 （SAE1， Sua1） 和Uba2 （SAE2）组成，其发挥作用时消耗ATP， 通过非共价键形成腺苷酸化的SUMO中间体， 然后SUMO分子与一个Uba2的活性半胱氨酸位点形成硫酯键，随即被活化[5]。
目前，SUMO修饰中只有一种E2结合酶（SUMO-conjugating enzyme）Ubc9。Ubc9是由158个氨基酸残基组成，其表面带正电荷， 只与带负电荷的SUMO 结合，而不能与带正电荷的泛素结合。Ubc9是一种核蛋白， 它可定位到核孔复合物（nuclearporecomplex， NPC）的胞浆侧和核质侧[6]。Ubc9半胱氨酸残基Cys93与SUMO的C端的甘氨酸残基可通过硫酯键结合，从而形成SUMO-Ubc9硫酯中间体， 也能促进赖氨酸基团形成牢固的异肽键， 进而使SUMO分子结合到目标蛋白上。
E3连接酶（SUMO-ligating enzyme） 不与SUMO结合，但是它可增强Ubc9到底物蛋白的转移效率，并能增强特异性。由于E3连接酶不仅能够活化Ubc9，也可以缩短Ubc9与靶蛋白之间的距离。E3连接酶的种类繁多，其主要包括三大类：PIAS（protein inhibitor of activated STAT）、RanBP2和Pc2。
SUMO特异性蛋白酶，即去SUMO化酶，该酶具有剪切作用，可以使SUMO分子与底物蛋白分离，并能重新进入新的SUMO化循环[7]。去SUMO化酶种类很多，在酵母中有两种，而在人类中则存在6种去SUMO化酶。不同的去SUMO酶识别剪切不同的SUMO底物。
3 SUMO化修饰的功能
SUMO化修饰能够使蛋白质构象更加稳定，还参与细胞核内的一系列生理过程， 如核运输、信号传递、细胞周期调控及基因表达调控等[8]。SUMO化修饰可调节蛋白质之间的相互作用， 调节蛋白质核质运输。SUMO化修饰既能协同泛素化，又能拮抗泛素化[9]。SUMO化修饰还可参与线粒体分裂的调控、基因组完整性的维持、离子通道调控等。在人类中，SUMO化修饰与人类的许多疾病密不可分，如癌症[10]、糖尿病、心脏病以及白血病等。
4 展 望
近年来，越来越多的人开始关注蛋白质的SUMO化修饰，对其研究也越来越深入。SUMO化修饰作为胞内蛋白功能调节的重要因素之一，通过多种机制来调节蛋白的功能以及活性，发挥着不可替代的作用。因此，SUMO化修饰值得人们进一步研究和探索。
参考文献：
[1] 袁浩，朱军.蛋白质的类泛素化修饰[J].生命科学，2010，22（11）：1161-1166.
[2] 薛庆於， 韩野， 郭联和，等. SUMO-1在HIF-1/VEGF 信号通路中作用[J].实用临床医药杂志，2010，14（13）：32-36.
[3] 刘肸.蛋白质SUMO化和泛素化修饰的关系[J].医学分子生物学杂志，2009，6（3）：357-360.
[4] LIAO Shan-hui， WANG Tao， FAN Kai.The small ubiquitin-like modifier （SUMO） is essential in cell cycle regulation in Trypanosoma brucei[J].Exprimental Cell Research，2010，
306：704-715.
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[6] 周鹏，张子平，王艺磊，等.大黄鱼ubc9基因的克隆和组织表达[J].生物技术通报，2009（8）：76-82.
[7] 肖利云，杨春华，刑欣荣，等.SENP1与前列腺癌[J].中国生物化学与分子生物学报，2008（24）：209-213.
[8] 肖志华， 郭武华， 张吉翔. SUMO-1在实验性大鼠肝纤维化形成过程中的作用[J].世界华人消化杂志，2010，18（14）： 1422-1427.
[9] 易艳萍，曹诚，马清钧.泛素化和磷酸化协同作用调控蛋白质降解[J].生物技术通讯，2006，4（17）：618-620.
[10] 仇玮祎， 叶棋浓.乳腺癌相关蛋白的类泛素化修饰研究进展[J]. 中国实验动物学报，2010，18（1）：87-90.
关键词：SUMO分子；SUMO化循环；翻译后修饰
中图分类号：Q946.1 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.10.007
蛋白质翻译后的修饰作用是蛋白质功能调节的关键信号通路。最常见的翻译后修饰是泛素化， 其作用是在蛋白质翻译后， 通过将泛素分子结合到靶蛋白上， 形成多聚泛素链， 26S蛋白酶体可以识别泛素链上的靶蛋白。SUMO（small ubiquitin—related modifier，SUMO）是近年来研究热门的一种类泛素小分子[1]，是泛素样蛋白家族中的一员，在二级三级结构上与泛素高度相似，但是功能却与泛素不同，SUMO与底物蛋白结合后调节蛋白功能[2]。
1 SUMO分类
SUMO在物种进化过程中高度保守，其分子量较小，存在于真核生物的细胞中。目前，在低等真核生物中，只存在一种SUMO基因，即SUMO-1；在脊椎动物中，至少存在3种SUMO基因；在哺乳动物中，目前已发现4种SUMO基因，分别为SUMO-1，SUMO-2，SUMO-3和SUMO-4。潜在的SUMO结合保守基序存在于SUMO-2，SUMO-3和SUMO-4的氨基端，而SUMO-1则不存在，但可以结合在SUMO-2，SUMO-3链的末端。4种SUMO分子在生物体内的分布及细胞中的分布各不相同，各自的功能也不相同。SUMO的许多底物都含有SUMO结合保守基序ψKxE（ψ代表疏水性氨基酸，x代表任意的氨基酸，K即为SUMO共价结合位点，E为谷氨酸）[3]，同时，还具有核定位信号（nuclearlocalizationsignal，NLS）。
2 SUMO化循环及参与SUMO化循环的酶
SUMO化循环是一种共价修饰，其中需要ATP的参与。SUMO化循环主要包括激活、结合、连接和去SUMO化过程[4]。SUMO对靶蛋白的修饰类似于泛素化，也是可逆的多步酶促反应。SUMO分子与靶蛋白上的某些赖氨酸残基形成共价键，并修饰靶蛋白，此过程为SUMO化（sumoylation）。SUMO前体蛋白在SENP的作用下，成为成熟的蛋白，暴露出C端Gly.在ATP的参与下， SUMO的C端Gly与E1-激活酶（SAE-1，SAE-2）的一个Cys残基相连，该作用是通过硫酯键。活化的SUMO发生转酯反应，与SUMO特异性结合酶（E2） Ubc9的半胱氨酸残基Cys93相连， Ubc9将SUMO分子结合到目标蛋白上，在SUMO连接酶（E3）的参与下识别底物，对底物的SUMO化有促进作用。以上是SUMO化的过程。反之，将SUMO从靶蛋白上移除，称为去SUMO化， 该过程是由SUMO特异性蛋白酶（sentrin/SUMO-specific protease， SENP）作用完成的，SUMO前体在SENP作用下切除羧基端（C端）数个氨基酸，从而暴露出双甘氨酸残基，重新进入SUMO循环。
SUMO活化酶E1（ SUMO-activating enzyme）是异源二聚体，由Aos1 （SAE1， Sua1） 和Uba2 （SAE2）组成，其发挥作用时消耗ATP， 通过非共价键形成腺苷酸化的SUMO中间体， 然后SUMO分子与一个Uba2的活性半胱氨酸位点形成硫酯键，随即被活化[5]。
目前，SUMO修饰中只有一种E2结合酶（SUMO-conjugating enzyme）Ubc9。Ubc9是由158个氨基酸残基组成，其表面带正电荷， 只与带负电荷的SUMO 结合，而不能与带正电荷的泛素结合。Ubc9是一种核蛋白， 它可定位到核孔复合物（nuclearporecomplex， NPC）的胞浆侧和核质侧[6]。Ubc9半胱氨酸残基Cys93与SUMO的C端的甘氨酸残基可通过硫酯键结合，从而形成SUMO-Ubc9硫酯中间体， 也能促进赖氨酸基团形成牢固的异肽键， 进而使SUMO分子结合到目标蛋白上。
E3连接酶（SUMO-ligating enzyme） 不与SUMO结合，但是它可增强Ubc9到底物蛋白的转移效率，并能增强特异性。由于E3连接酶不仅能够活化Ubc9，也可以缩短Ubc9与靶蛋白之间的距离。E3连接酶的种类繁多，其主要包括三大类：PIAS（protein inhibitor of activated STAT）、RanBP2和Pc2。
SUMO特异性蛋白酶，即去SUMO化酶，该酶具有剪切作用，可以使SUMO分子与底物蛋白分离，并能重新进入新的SUMO化循环[7]。去SUMO化酶种类很多，在酵母中有两种，而在人类中则存在6种去SUMO化酶。不同的去SUMO酶识别剪切不同的SUMO底物。
3 SUMO化修饰的功能
SUMO化修饰能够使蛋白质构象更加稳定，还参与细胞核内的一系列生理过程， 如核运输、信号传递、细胞周期调控及基因表达调控等[8]。SUMO化修饰可调节蛋白质之间的相互作用， 调节蛋白质核质运输。SUMO化修饰既能协同泛素化，又能拮抗泛素化[9]。SUMO化修饰还可参与线粒体分裂的调控、基因组完整性的维持、离子通道调控等。在人类中，SUMO化修饰与人类的许多疾病密不可分，如癌症[10]、糖尿病、心脏病以及白血病等。
4 展 望
近年来，越来越多的人开始关注蛋白质的SUMO化修饰，对其研究也越来越深入。SUMO化修饰作为胞内蛋白功能调节的重要因素之一，通过多种机制来调节蛋白的功能以及活性，发挥着不可替代的作用。因此，SUMO化修饰值得人们进一步研究和探索。
参考文献：
[1] 袁浩，朱军.蛋白质的类泛素化修饰[J].生命科学，2010，22（11）：1161-1166.
[2] 薛庆於， 韩野， 郭联和，等. SUMO-1在HIF-1/VEGF 信号通路中作用[J].实用临床医药杂志，2010，14（13）：32-36.
[3] 刘肸.蛋白质SUMO化和泛素化修饰的关系[J].医学分子生物学杂志，2009，6（3）：357-360.
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306：704-715.
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