《SUMO化修饰在肿瘤发生中的作用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《SUMO化修饰在肿瘤发生中的作用（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、SUMO 化修饰在肿瘤发生中的作用摘要SUMO 化（类泛素化，SUMOylation）是一种翻译后修饰，即小类泛素化修饰物（SUMO）与靶蛋白共价、可逆性地结合过程。在哺乳动物中，SUMO 现发现有四种亚型，即 SUMO-1，-2，-3 和-4。SUMO 蛋白在细胞核组织和细胞活性的调控中起重要作用。SUMO 在肿瘤发生相关过程中表达量显著提高，诸如细胞生长、分化、衰老、氧化应激以及凋亡。但是 SUMO 化修饰在癌症肿瘤发展中的作用尚不清楚。因此，本综述将阐述SUMO 化修饰在肿瘤发展中的可能作用，并强调 SUMO 化修饰作为细胞周期调节蛋白的影响，以及对于肿瘤临床治疗前景的提示。值得注意的是
2、，在不同肿瘤组织中，SUMO 表达量、SUMO 化靶蛋白以及 SUMO 化通路功能会有所不同。关键词SUMO，肿瘤，泛素1. 引言SUMO 化（类泛素化，SUMOylation）是一种翻译后修饰，即小类泛素化修饰物（SUMO）与靶蛋白共价、可逆性地结合。最初研究发现了 SUMO 的四种亚型，即SUMO-1、-2、-3 以及-4。这些蛋白质大小约 12kDa，三维结构与泛素(ubiquitin)相似。与泛素不同的是，SUMO 蛋白在 N 端结构域有一个 10-25 个氨基酸的尾部。SUMO，作为类泛素蛋白(Ubl, ubiquitin-like proteins)家族的一员，与泛素有 20%的相
3、似性，SUMO-2 和-3有 95%的相似性， 常被称作 SUMO-2/3，二者与 SUMO-1 有 50%的相似性。SUMO 最早在哺乳动物中被发现，被认为是一种与 GTP 酶激动蛋白 RanGAP1 共价结合的蛋白。本综述总结了 SUMO 化修饰的主要特征，重点阐述了 SUMO 化修饰在肿瘤发展中的作用的相关最新研究进展。1.1. SUMO 及其功能SUMO 与泛素竞争与底物的结合，因此蛋白的 SUMO 化修饰并不会导致蛋白酶体性降解。SUMO 在一些过程中起重要作用，包括蛋白质稳定性的保持、转录调控、特定转录因子（如糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor , GR
4、)、Myb、CAAT/增强子结合蛋白(CAAT/enhancer binding protein, C/EBP)与 SP3）的修饰。有很多研究表明，SUMO 可以有效降低转录活性。若干基因启动子（例如热休克因子 Oct4 和 Smad4 的启动子）通过SUMO 的激活需要有活性的组蛋白去乙酰化酶(HDAC)。SUMO 参与一些细胞过程，例如有丝分裂、细胞生长与分化、衰老与凋亡。由于 SUMO-1 单倍不足或者 SUMO-1 基因座破坏导致的 SUMO-1 表达量改变与唇腭裂有关。 最近研究表明 SUMO-2/3 参与有丝分裂与扩增的调节。Borealin，内着丝粒蛋白(INCENP)，生存素(
5、Survivin)与极光激酶 B 抗原(Aurora B)是染色体过客复合物(chromosomal passenger complex , CPC)的成分。极光激酶 B(Aurora B kinase) 在胞质分裂过程中连接纺锤丝与中心粒，起重要作用。极光激酶 B的活性与细胞周期进程具有相关性，并且与染色体的运动与分离时的微管有关。生存素下调凋亡的发生。CPC 调控重要的有丝分裂过程，例如纺锤体组装检验点与胞质分裂。Borealin 是 SUMO-2/3 的主要靶蛋白，其受 SUMO2/3 的修饰过程特定发生在有丝分裂早期(G2/M 期)。值得注意的是，SUMO 化修饰的 E3 连接酶 Ra
6、nBP2 与 CPC 相互作用，介导 SUMO-2/3 与 Borealin 的结合。Borealin 的去 SUMO 化是由半胱氨酸蛋白酶 Sentrin 特异性蛋白酶 3(cysteine-protease Sentrin-specific protease 3, SENP3)催化的。SUMO 化修饰对于在有丝分裂早期 CPC 与中心粒连接的过程中 Borealin-SUMO-2/3 复合体的形成与稳定是必要的。SUMO-2/3 的沉默会阻碍 SUMO-2/3 与其底物的连接，阻止表达SUMO-2/3 miRNA 细胞的细胞分裂。近日，单核苷酸多肽序列测试结果鉴定出SUMO-4有可能与 1
7、 型糖尿病的病情发展有关。1.2. SUMO 的结合过程蛋白 SUMO 化之前需要 SUMO 前体的激活，即在 C 端剪切非成熟 SUMO。这一起始步骤，在酵母中是由半胱氨酸蛋白酶(cysteine proteases ubiquitin-like-protein-processing, Ulps) 介导的，在哺乳动物中是由 SENP 蛋白介导的。通过这一步骤产生了自由羧基末端甘氨酸残基。这些残基对于 SUMO 与靶蛋白的相互作用是必要的。与泛素化类似，SUMO 化修饰级联反应包含 SUMO 激活酶(E1)，SUMO 结合酶(E2)与多种 SUMO 连接酶(E3)。SUMO特定的 E1 激活酶
8、已在酵母和人类中发现，由 SUMO 激活酶 E1(SAE1)和 SUMO 激活酶E2(SAE2)组成，在酵母中二者被称作 SUMO-1 激活物(AOS1)和类泛素修饰物激活酶2(Uba2)。E1 酶介导 ATP 依赖性的成熟 SUMO 蛋白的激活，形成 SUMO-腺苷酸结合体，即 SUMO 的 C 端羧基与 AMP 释放的焦磷酸盐结合。由于 E1 酶的半胱氨酸有活性巯基，因此在 AMP 释放的同时，SUMO 腺苷酸盐与 E1 酶之间形成高能硫酯键。随后，E1 形成了一个连接 Ubc9 和 SUMO 的过渡性的硫酯键，因而 SUMO 与 E2 连接酶 Ubc9 的具有催化活性的半胱氨酸连接。Ub
9、c9 是目前在酵母、无脊椎动物、脊椎动物中发现的唯一的SUMO 化途径 E2 连接酶。而泛素化途径有多种 E2。这清晰地体现了 SUMO 化途径与泛素化途径的不同。Ubc9 通过产生一个异构肽键连接 SUMO 的 C 端的甘氨酸残基和底物的赖氨酸侧链，使 SUMO 转移到其靶蛋白处。这一步骤同时由一种特异性的 E3 连接酶催化，其可以促进 SUMO 从 Ubc9 向靶蛋白的转移。不同于泛素化的是，靶蛋白的 SUMO 化修饰需要一种 E2 酶和若干 E3 连接酶。SUMO 化的 E3 连接酶分为三类：Siz/PIAS-RING (SP-RING), Ran-binding protein (Ra
10、nBP2) 和 Human polycomb 2 (Pc2)。1.3. SUMO 连接酶 (E3) 以及特征至今已鉴定出三类 SUMOE3 连接酶。最大的一类 E3 含有对其功能至关重要的 SP-RING模体。其中一种 SP-RING 是活化的 STAT(PIAS)家族蛋白的蛋白抑制剂，在酵母中被称作Siz 蛋白。在 E3 酶中紧挨着 SP-RING 结构域的是一个保守的约 400 个氨基酸长度的 N 端结构域和一个 SAP 结构域(SAR, Acinus, PIAS)，该结构域参与结合 AT 丰富的 DNA 序列。至今，在酿酒酵母中发现了四个 PIAS 成员Siz1, Siz2, 拉链蛋白(
11、Zip) 3 和 methyl methanesulphonate-sensitivity protein (Mms) 21，在哺乳动物重大西安了五个 PIAS 成员(PIAS1、PIAS3 和剪接变体 PIASx, PIASx and PIASy)。通过分析 Siz1 介导的 Septin和增殖细胞核抗原(PCNA)的 SUMO 化，推测 PIAS 蛋白可以 SUMO 化若干底物。除此以外，PIAS 蛋白各自有不同的底物。例如 PIAS1 和 PIASx，而不是 PIASx，催化 Mdm2的 SUMO 化。体外实验表明，不同 PIAS 蛋白，例如 PIAS1，PIAS3 和 PIASy 的过
12、度表达能够促进脊椎动物源蛋白，如 p53 的 SUMO 化。表 1.SUMO E3 连接酶.SP-RING-type E3 连接酶PIAS1, PIAS3, PIASx, PIASx, PIASy, Mms21IR E3 连接酶RanBP2其他 E3 连接酶KAP1, Pc2, Topors, HDAC4不同研究表明，SP-RING 结构域与泛素化中 RING E3 连接酶的 RING 结构域有条理性的相似性。SP-RING 连接酶直接将底物与 Ubc9 结合，并通过 SUMO 相互作用模体(SIM/SBM)与 SUMO 非共价结合。SIM 已在 E1、不同的 E3 连接酶，SUMO 底物，S
13、UMO 结合蛋白和 SUMO 靶向的泛素连接酶中发现。E1 SIM 即便与其他的 SUMO-SIM复合体有相似处，但是 E1 SIM 的功能尚未被揭示。除了与 SIM 结合外，SIZ 和 PIAS E3 连接酶与 E2 结合酶 Ubc9 和 SUMO 通过其 SP-RING 和 Siz/PIAS C 端结构域(SP-CTD)结合。Yunus 和 Lima 的研究提示 SP-RING 和SP-CTD 结构域在形成 Ubc9 和 SUMO 间的硫脂键中是必要的，因此能够使 Ubc9 和其产物处于一个适于催化的位置。另外，脯氨酸、异亮氨酸、天冬氨酸、算苏氨酸(PINIT)结构域也可以介导 PCNA
14、和 Siz 与 PIAS E3 连接酶的结合。第二种 SUMO E3 连接酶是脊椎动物特有的 RanBP2(也被称作 Nup358)。RanBP2 的 E3结构域是其内部重复序列，包含一个约 50 个残基序列的两重复(IR1 和 IR2)。这一序列与泛素化级联反应中的 E3 连接酶没有任何同源性。RanBP2 结构域的 E3 活性来源于RanBP2 的一个 33kDa 结构域，其自身不含有任何 RING 指结构域，并与 PIAS 家族不同。作为 SUMO 化中的功能性 E3 连接酶，IR 结构域能够催化若干蛋白如 RanGAP1 的SUMO 化。IR 结构域与 RanGAP1 和 Ubc9 共
15、同构成一个三聚复合物，介导 SUMO-RanGAP1 向核孔的定位。在体内，HDAC4，Sp100, 干扰素刺激抗原和 RanGAP1 等蛋白的 SUMO 化是由 IR-结构域介导的。相反，在体外，HDAC4, Sp100, Borealin and PML等蛋白的 SUMO 化是由 RanBP2 介导的。(PcG bodies)人多梳 2( polycomb 2, Pc2)代表第三类 E3 连接酶。Polycomb group (PcG)蛋白在细胞核中形成多聚复合物 PcG 体(PcG bodies)，能够与 DNA 结合蛋白，例如 Rb、E2F 相互作用。PcG 体在正常情况下存在于中心体
16、附近，这可能是 PcG 复合体的若干 DNA 相关基团的形成所导致的。此外，Pc2 复合物通过扩大 DNA 模板抑制 DNA 活性，也可能通过将距离较远的 DNA 复合体拉近以易化其相互作用。有实验表明，PcG 复合物可以通过组蛋白甲基化增强基因抑制。Pc2 属于人 PcG 蛋白家族。Pc2 与 Ubc9 和 CtBP2 相互作用，刺激SUMO 向 CtBP 的转化。另外，Pc2 可以增强 CtBP2 的 SUMO 化，这表明 PcG 体可能是SUMO 化的主要位点。最近研究表明，Pc2 是否是 SUMO 从 E2 转移到其靶蛋白的催化剂，以及 Pc2 是否能介导 CtBP 的修饰尚存争议。1.4. 去 SUMO 化过程去 SUMO 化由特异性的半胱氨酸(Cys)蛋白酶介导，半胱氨酸已被发现存在于酵母、植物和哺乳动物细胞中。这些酶有两种重要的功能：使 SUMO 从底物上解离，以及由此提供一个游离 SUMO 库，以便修饰不同的底物。因此，游离 SUMO 的来源既有合成的、非成熟的 SUMO，也有解离下来的 SUMO。一个约 200 个氨基酸长的 C 端结构域，亦作类泛素蛋
