Кіріспе
Ақуыздардың басқа ақуыздарға қосылып, оларды өзгертетін туысы. Молекулалық биологияда SUMO (Small Ubiquitin like Modifier) ақуыздары – жасушалардағы басқа ақуыздарға ковалентті байланысып, олардан ажыратылатын, осылайша олардың функцияларын өзгертетін кішкентай ақуыздар туысы. Бұл процеске SUMOylation (кейде sumoylation деп те жазылады) деп аталады. SUMOylation – ядролық цитоплазмалық тасымалдау, транскрипциялық реттеу, апоптоз, ақуыздың тұрақтылығы, стресске жауап беру және жасуша циклының дамуы сияқты түрлі жасушалық процестерге қатысатын посттрансляциялық модификация. SUMO ақуыздары убиквитинге ұқсас және убиквитинге ұқсас ақуыздар отбасының мүшелері болып саналады. SUMOylation процесі убиквитинацияға ұқсас ферменттік каскад арқылы жүзеге асырылады. Убиквитиннен айырмашылығы, SUMO ақуыздарды ыдыратуға белгілеу үшін қолданылмайды. Піскен SUMO, SUMO-ның С-терминалындағы глицин қалдығы мен мақсатты ақуыздағы акцепторлық лизин арасында изопептидтік байланыс құруға мүмкіндік беру үшін С-терминалының соңғы төрт аминқышқылы кесілген кезде пайда болады. SUMO отбасының мүшелері әдетте әртүрлі атаулармен белгілі; мысалы, ашытқыдағы SUMO гомологы SMT3 (mif екінің 3 супрессоры) деп аталады. Адам геномындағы SUMO гендері үшін бірнеше псевдогендер анықталған.
In molecular biology, SUMO (Small Ubiquitin like Modifier) proteins are a family of small proteins that are covalently attached to and detached from other proteins in cells to modify their function. This process is called SUMOylation (sometimes written sumoylation). SUMOylation is a post translational modification involved in various cellular processes, such as nuclear cytosolic transport, transcriptional regulation, apoptosis, protein stability, response to stress, and progression through the cell cycle. SUMO proteins are similar to ubiquitin and are considered members of the ubiquitin like protein family. SUMOylation is directed by an enzymatic cascade analogous to that involved in ubiquitination. In contrast to ubiquitin, SUMO is not used to tag proteins for degradation. Mature SUMO is produced when the last four amino acids of the C terminus have been cleaved off to allow formation of an isopeptide bond between the C terminal glycine residue of SUMO and an acceptor lysine on the target protein. SUMO family members often have dissimilar names; the SUMO homologue in yeast, for example, is called SMT3 (suppressor of mif two 3). Several pseudogenes have been reported for SUMO genes in the human genome.
Функция
СУМО белсенділіктерін өзгертуде көптеген функциялары бар. Ең жиі кездесетін және жақсы зерттелгендері – ақуыздың тұрақтылығы, ядролық-цитоплазмалық тасымалдау және транскрипциялық реттеу. Әдетте, белгілі бір ақуыздың шағын бөлігі ғана СУМОланады және бұл модификация деСУМОилаза ферменттерінің әрекетімен тез кері қайтарылады. Мақсатты ақуыздардың СУМОлануы локализацияның және байланысу серіктестерінің өзгеруі сияқты бірнеше әртүрлі нәтижелерге әкеледі. RanGAP1 (алғашқы анықталған СУМО субстраты) СУМО 1 модификациясы цитоплазмадан ядролық кешенге жылжуына себеп болады. Ninein-нің СУМО модификациясы оның центросомадан ядроға қозғалуына әкеледі. Көп жағдайда, транскрипциялық реттеушілердің СУМО модификациясы транскрипцияның тежелуімен байланысты. Қосымша ақпарат алу үшін СУМО ақуыздарының GeneRIF-теріне, мысалы, адам СУМО 1-ге жүгінуге болады. Адамдарда СУМО-ның 4 расталған изоформасы бар: СУМО 1, СУМО 2, СУМО 3 және СУМО 4. Аминқышқылдық деңгейде СУМО1 СУМО2-мен шамамен 50% сәйкес келеді. СУМО 2/3 бір-біріне жоғары ұқсастық көрсетеді және СУМО 1-ден ерекшеленеді. СУМО 4 СУМО 2/3-ке ұқсас, бірақ 90-орындағы глутамин орнына пролин болуымен ерекшеленеді. Нәтижесінде, СУМО 4 қалыпты жағдайда өңделмейді және конъюгацияланбайды, бірақ аштық сияқты стресс жағдайында ақуыздарды модификациялау үшін қолданылады. Митоз кезінде СУМО 2/3 центромераларға және конденсирленген хромосомаларға локалдасады, ал СУМО 1 митоздық шпиндельге және шпиндельдің орталық аймағына локалдасады, бұл СУМО паралогтары сүтқоректілер жасушаларындағы ерекше митоздық процестерді реттейтінін көрсетеді. Митоздық хромосомалармен байланысты негізгі СУМО конъюгациялық өнімдерінің бірі СУМО 2/3-тің топоизомераза II-ге конъюгациясынан туындайды, ол митоз кезінде тек СУМО 2/3-пен ғана модификацияланады. СУМО 2/3 модификациялары стресс жауабына қатысқан сияқты көрінеді. СУМО 1 және СУМО 2/3 аралас тізбектерді құрауы мүмкін, бірақ СУМО 1 СУМО 2/3-те кездесетін ішкі СУМО консенсус орындарын қамтымайды, сондықтан бұл СУМО тізбектерін тоқтатуға қабілетті деп есептеледі. СУМО 1-дің 2-серині фосфорилирленген, бұл «өзгертілген модификатор» тұжырымын тудырады.
ДНҚ зақымдануға жауап беру
Ұяшықтардың ДНК-сы үнемі ДНК-ны зақымдайтын факторлардың әсеріне ұшырайды. ДНК зақымдануына жауап (ДДР) жақсы реттеліп, күрделі болып келеді және зақымданудың салдарынан туындаған зиянды әсерлерді жоюға көмектеседі. ДНК зақымдалған кезде SUMO ақуызы молекулалық желімдей әрекет етеді, бұл жөндеу ошақтарында ірі ақуыздық кешендердің құрастырылуын жеңілдетеді. Сонымен қатар, SUMOylation ақуыздың биохимиялық белсенділігі мен өзара әрекеттесуін өзгерте алады. SUMOylation базалық экзициялық жөндеу, нуклеотидтік экзициялық жөндеу, гомолог емес ұштарды біріктіру және гомологты рекомбинациялық жөндеу сияқты ДНК жөндеудің маңызды жолдарында маңызды рөл атқарады. Адам SUMO1 ақуызының құрылымы оң жақта көрсетілген. Бұл суретте SUMO1 шар тәрізді ақуыз ретінде бейнеленген, оның аминокислота тізбегінің екі ұшы (қызыл және көк түсті) ақуыздың ортасынан шығып тұр. Сфералық ядро альфа спираль және бета парақтан тұрады. Көрсетілген схемалар ерітіндідегі ақуыздың ЯМР (NMR) талдауына негізделген.
SUMO қосылуы (SUMOylation)
SUMO-ның нысанаға қосылуы убиквитинге ұқсас (сол сияқты басқа да убиквитинге ұқсас ақуыздар, мысалы NEDD 8). SUMO прекурсорында қосымша аминокислоталар бар, сондықтан C терминалды пептид SUMO прекурсорынан протеазамен (адамда бұл SENP протеазалары немесе ашытқыда Ulp1) диглицин мотивін ашу үшін кесіледі. Содан кейін алынған SUMO гетеродимер болып табылатын E1 ферментіне (SUMO белсендіргіш ферменті (SAE)) (SAE1 және SAE2 суббірліктері) байланады. Одан кейін ол конъюгациялық фермент (Ubc9) болып табылатын E2 ферментіне беріледі. Соңында, аздаған E3 лигаза ақуыздарының бірі оны ақуызға қосады. Ашытқыда төрт SUMO E3 ақуызы бар: Cst9, Mms21, Siz1 және Siz2. Убиквитинация кезінде убиквитинді нысанаға қосу үшін E3 қажет болса, консенсус тізбегі болған жағдайда SUMOylation үшін E2 жеткілікті екенін дәлелдейтін мәліметтер бар. E3 лигазасы SUMOylation тиімділігін арттырады деп есептеледі және кейбір жағдайларда SUMO конъюгациясын консенсус емес мотивтерге бағыттайтыны көрсетілді. E3 ферменттерін негізінен Mms21 (Smc5/6 кешенінің мүшесі) және Pias гамма және HECT ақуыздары сияқты PIAS ақуыздарына жіктеуге болады. Адам геномының 17-ші хромосомасында SUMO2, SUMO1+E1/E2 және SUMO2+E1/E2 және басқаларымен бірге орналасқан. Дегенмен, кейбір E3, мысалы RanBP2, екеуіне де жатпайды. Жақында алынған мәліметтер PIAS гамма транскрипциялық фактор yy1-дің SUMOylation үшін қажет екенін көрсетті, бірақ ол мырыш сақинасынан тәуелсіз (E3 лигазаларының функционалдық домені ретінде анықталған). SUMOylation қайтымды процесс және нысаналардан арнайы SUMO протеазаларымен алынады. Бүлдірген ашытқыда Ulp1 SUMO протеазасы ядролық тесікте байланған, ал Ulp2 нуклеоплазмалық. ДеСУМОйляциялаушы ферменттердің ерекше субнуклеарлық орналасуы жоғары эукариоттарда сақталған.
ДеСУМОйлирлеу
SUMO өз субстратынан алынып тасталуы мүмкін, бұл deSUMOylation деп аталады. Бұл процесті арнайы протеазалар (адамда SENP, ашытқыда Ulp1 және Ulp2) жүзеге асырады. Бұл ерімеушілік E. coli бактериясы тиімсіз оқитын кодондардың болуына, эукариоттық және прокариоттық рибосомалардың айырмашылықтарына немесе белоктың дұрыс бүктелуіне қажетті молекулалық шаперонның жетіспеуіне байланысты болуы мүмкін. Мұндай белоктарды тазарту үшін, белоктың ерігіштігін арттыру мақсатында SUMO немесе MBP (мальтоза байланыстыратын белок) сияқты ерігіштік таңбасымен қызығушылық тудыратын белокты біріктіру қажет болуы мүмкін. Кейіннен SUMO Ulp1 пептидазасы сияқты SUMO-ға тән протеазаны қолдану арқылы қызығушылық тудыратын белоктан кесіліп алынуы мүмкін.