SUMO 단백질

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.

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.
오른쪽|섬네일|300x300픽셀| iMol로 만들어 지고 NMR 구조 인 PDB 파일 1A5R에 기초한 인간 SUMO1 단백질의 구조 도식; 단백질의 중추는 리본으로 표시되어 2 차 구조를 강조함. 파란색의 N- 말단, 빨간색의 C- 말단
섬네일|300x300픽셀| 원자를 구체로 나타내는 동일한 구조로 단백질의 모양을 나타냄. 인간 SUMO1, PDB 파일 1A5R

 기능 
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. 니네인 단백질(ninein)의 SUMO 변형은 중심체에서 핵으로의 이동으로 이어진다. 많은 경우에 전사 조절제의 SUMO 변형은 전사 억제와 관련이 있다. SUMO-1와 같은 수모 단백질의 유전자 기능정보(GeneRIFs)등을 참고해 정보를 얻을 수 있다.SUMO1 SMT3 suppressor of mif two 3 homolog 1 (S. cerevisiae)

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. 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. 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. SUMO-2 / 3 변형은 특히 스트레스 반응에 관여하는 것으로 보인다. 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. SUMO-1의 세린(Serine) 2는 인산화되어 ''변형된' 변형효소'의 개념으로 생각된다.

 DNA 손상 반응 
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. 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 
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.

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 
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.Gramatikoff K. et al. In Frontiers of Biotechnology and Pharmaceuticals, Science Press (2004) 4: pp.181-210. 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.
 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.
 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.

 SUMO 부착 (수모화; SUMOylation) 
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, 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. 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.

 탈수모화(DeSUMOylation) 
SUMO는 기질에서 제거할 수 있으며, 이를 탈수모화(deSUMOylation)이라고 한다. 특정 단백분해효소는 이 절차를 매개한다 (인간의 SENP 또는 효모의 Ulp1 및 Ulp2).

 단백질 정제에서의 역할 
대장균(E. coli )에서 발현되는 재조합 단백질은 적절하게 접히지 않고, 대신 응집체를 형성하고 봉입체(inclusion body)로 침전된다. 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. 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 
 SUMO1
 SUMO2
 SUMO3
 SUMO4
 유비퀴틴 (Ubiquitin)
 원핵 유비퀴틴 유사 단백질 (Prokaryotic ubiquitin-like protein)

 같이 보기 
 유비퀴틴
 각주 

분류:단백질
분류:번역 후 변형