[en] Post-translational protein modifications by ubiquitin and SUMO regulate many major pathways in the cell. These modifications can be reversed by de-ubiquitinating enzymes such as ubiquitin-specific proteases (USPs) or deSUMOylaseas such as SUMO-specific proteases (SENPs). Proteolytic activity towards ubiquitin-modified substrates is common to all USP family members except for USPL1, which shows a unique preference for the small ubiquitin-like modifier SUMO. In humans, the deSUMOylating activity is mainly conducted by the SENP/ULP protease family, which is constituted of six members sharing a homologous catalytic globular domain. SENP6 and SENP7 are the most divergent members of the family and they show a unique SUMO2/3 isoform preference and a particular activity for dismantling polySUMO2 chains. NopD, an effector of the type III secretion system (T3SS) from Bradyrhizobium, is a multipurpose enzyme with specificity for ubiquitin and plant SUMO substrates. In the present thesis, we first present the crystal structure of USPL1 bound to SUMO2. We find that USPL1 lacks major structural elements present in all canonical USPs members such as the so-called blocking loops, which facilitate SUMO binding instead of ubiquitin. Second, we reveal the crystal structure of the catalytic domain of human SENP7 bound to SUMO2, and described the specific contacts between SUMO2 and a unique insertion in SENP7 (named Loop1) that is responsible for the SUMO2 isoform specificity. We finally present the crystal structures of NopD bound to AtSUMO2 and to ubiquitin, and reveal the molecular details for this dual activity of NopD for SUMO and ubiquitin. Mutagenesis analysis disclose the determinants, such as the unique insertion loop in NopD, that are responsible for unusual dual NopD activity for SUMO and ubiquitin. All results give insight into the structural details of these protein complexes' interface and contribute to enrich the knowledge of the distinct evolutionary directions followed by members of deubiquitinating and deSUMOylating families.

[es] Las modificaciones de proteínas postraduccionales por ubiquitina y SUMO regulan muchas vías importantes en la célula. Estas modificaciones se pueden revertir mediante enzimas deubiquitinantes como las proteasas específicas de ubiquitina (USP) o deSUMOylantes como las proteasas específicas de SUMO (SENP). La actividad proteolítica frente a los sustratos modificados con ubiquitina es común a todos los miembros de la familia USP excepto a USPL1, que muestra una preferencia única por SUMO. En humanos, la actividad de deSUMOilación la realiza principalmente la familia de proteasas SENP/ULP, que está constituida por seis miembros que comparten un dominio globular catalítico homólogo. SENP6 y SENP7 son los miembros más divergentes de la familia y muestran una preferencia de isoforma SUMO2/3 única y una actividad particular para desmantelar cadenas de poliSUMO2. NopD, un efector del sistema de secreción tipo III (T3SS) de Bradyrhizobium, es una enzima multipropósito con especificidad para sustratos de ubiquitina y SUMO vegetal. En la presente tesis, primero presentamos la estructura cristalina de USPL1 unido a SUMO2. Encontramos que USPL1 carece de los principales elementos estructurales presentes en todos los miembros canónicos de USP, como los llamados "Blocking Loops", que facilitan la unión de SUMO en vez de ubiquitina. En segundo lugar, revelamos la estructura cristalina del dominio catalítico de SENP7 humano unido a SUMO2 y describimos los contactos específicos entre SUMO2 y una inserción única en SENP7 (llamada Loop1) que es responsable de la especificidad de la isoforma SUMO2. Finalmente mostramos las estructuras cristalinas de NopD unidas a AtSUMO2 y a ubiquitina, y revelar los detalles moleculares de esta actividad dual de NopD para SUMO y ubiquitina. El análisis de mutagénesis desvela los determinantes, como un "Loop" de inserción único en NopD, que son responsables de esta actividad dual inusual de NopD para SUMO y ubiquitina. Todos los resultados dan una idea de los detalles estructurales de la interfaz de estos complejos de proteínas y contribuyen a enriquecer el conocimiento de las distintas direcciones evolutivas seguidas por los miembros de las familias deubiquitinantes y deSUMOylantes.