徐 晨 楊立順 鮑會(huì)靜 (天津市第四中心醫(yī)院檢驗(yàn)科，天津300140)

蛋白質(zhì)的翻譯后修飾是真核細(xì)胞一種非常重要的調(diào)控方式之一，主要包括有磷酸化、乙?；?、甲基化、糖基化等，這些調(diào)控方式已經(jīng)被廣泛研究。除此之外，由小類泛素化修飾肽(Small ubiquitin-like modifier，SUMO)參與的 SUMO化修飾(SUMOylation)是當(dāng)今研究翻譯后調(diào)控的熱點(diǎn)，這類修飾不但參與蛋白的翻譯后修飾，而且還可以調(diào)節(jié)蛋白的轉(zhuǎn)錄，DNA的復(fù)制與修復(fù)等多種不同的生理生化反應(yīng)[1]。參與SUMO化修飾過程的酶主要包括有四種，分別為:SUMO激活酶(E1)、SUMO偶聯(lián)酶(E2)、SUMO連接酶(E3)以及去SUMO化酶。而其中任何一種酶的改變都可能會(huì)影響機(jī)體正常生理生化反應(yīng)。本文主要是回顧近幾年來對(duì)SUMO化修飾中四種主要酶的研究進(jìn)展，為今后研究SUMO化修飾與疾病的關(guān)系提供材料與依據(jù)。

1 SUMO激活酶E1

SUMO激活酶E1具有二聚體結(jié)構(gòu)，不同于泛素激活酶E1是一個(gè)單體蛋白。它包括兩個(gè)不同的亞基，分別為大亞基UBA2(也被稱為SEA2)與小亞基AOS1(也被稱為SEA1)。在細(xì)胞中SUMO激活酶E1是以異源二聚體的形式存在的，它們具有獨(dú)立的功能和調(diào)控機(jī)制。任何一個(gè)單獨(dú)亞基都不具有催化活性，只有當(dāng)兩個(gè)亞基結(jié)合在一起的時(shí)候，才具有了SUMO 激活酶 E1 的活性[2，3]。

AOS1與UBA2在細(xì)胞內(nèi)具有高度的保守性，無論從酵母還是到人類中都有廣泛的表達(dá)。AOS1與泛素激活酶E1具有28%的同源性;UBA2與泛素激活酶E1具有50%的同源性。AOS1只具有一個(gè)單一的結(jié)構(gòu)，參與SUMO化反應(yīng);而UBA2具有三個(gè)結(jié)構(gòu)域:半胱氨酸催化結(jié)構(gòu)域、腺苷化結(jié)構(gòu)域以及泛素折疊結(jié)構(gòu)域。除此之外，在UBA2的腺苷化結(jié)構(gòu)域中存在有一個(gè)典型的Gly-X-Gly-X-X-Gly ATP的結(jié)合模序。這種模序無論在泛素化還是在SUMO化過程中都是高度保守的，同時(shí)該模序會(huì)與SUMO偶聯(lián)酶E2有強(qiáng)烈的相互作用。UBA2的C端包含有半胱氨酸的活性位點(diǎn)，該位點(diǎn)即可與SUMO C端的Gly 形成硫脂鍵[4-6]。

激活酶E1催化SUMO C端形成硫脂鍵通常有三步，同時(shí)該過程是需要ATP提供能量的。首先，SUMO的C端的羧基受到ATP的攻擊，釋放出來一個(gè)磷酸，從而使C端磷酸化;接著，E1的活性位點(diǎn)，即半胱氨酸位置的硫醇集團(tuán)會(huì)攻擊SUMO C端的腺苷酸，釋放出來AMP;最后，在E1和SUMO C端形成一個(gè)高能硫脂鍵，從而完成了激活酶E1催化SUMO的過程。大多數(shù)的機(jī)體一般只具有一種SUMO激活酶E1，它催化不同的SUMO與靶蛋白結(jié)合[7]。

2 SUMO偶聯(lián)酶E2

不同于泛素偶聯(lián)酶E2在生物體中具有多種不同形式，SUMO偶聯(lián)酶E2(UBC9)在生物體中目前只發(fā)現(xiàn)一種[8]。SUMO偶聯(lián)酶UBC9與泛素偶聯(lián)酶UBC4有33%的相似性。同時(shí)，SUMO偶聯(lián)酶E2在生物體中又具有高度的保守性。

SUMO偶聯(lián)酶E2的主要作用就是接受來自于E1的SUMO，從而形成了E2-SUMO中間體的形式，該中間體可以將SUMO直接轉(zhuǎn)移到靶蛋白上，從而完成對(duì)靶蛋白的SUMO化修飾過程，它也可以將SUMO傳遞給SUMO連接酶E3，接著再由E3完成傳遞SUMO至靶蛋白的過程，從而完成SUMO化修飾[9]。

SUMO偶聯(lián)酶E2在早期的胚胎發(fā)育以及進(jìn)化過程中起著十分重要的作用。UBC9缺失的小鼠的胚胎在其著床后期就會(huì)死亡。應(yīng)用基因敲除技術(shù)改造的UBC9缺陷型細(xì)胞，表現(xiàn)出嚴(yán)重的細(xì)胞核組織缺陷癥狀，主要有核仁的損壞，染色體聚集，以及RanGAP1無法在核孔周圍聚集。對(duì)于UBC9功能的缺失，對(duì)于線蟲的胚胎是致死性的，而在釀酒酵母中，它會(huì)阻斷酵母由G2向M期的過渡。如果UBC9的功能缺失發(fā)生在果蠅上，則會(huì)對(duì)果蠅的減數(shù)分裂過程產(chǎn)生嚴(yán)重的影響[10]。研究表明，對(duì)于雞淋巴瘤細(xì)胞系DT-40來說，如果該細(xì)胞系缺失了UBC9，確實(shí)會(huì)對(duì)細(xì)胞的分裂產(chǎn)生很大的影響，但是該影響并不涉及染色體的錯(cuò)誤聚集或是分離[11]。這種由于缺失UBC9而使細(xì)胞系與胚胎受到不同程度的影響的原因，目前還是一個(gè)需要深入研究的問題。

3 SUMO連接酶E3

SUMO連接酶E3的作用是將SUMO傳遞給靶蛋白，使其與靶蛋白以異肽鍵的方式連接在一起，從而對(duì)靶蛋白進(jìn)行SUMO化修飾。一般來說，SUMO連接酶E3不直接與SUMO結(jié)合，而是與E2-SUMO中間體中的E2結(jié)合，同時(shí)也與靶蛋白結(jié)合，從而達(dá)到使SUMO與靶蛋白結(jié)合的目的。實(shí)際上在體內(nèi)，有的時(shí)候SUMO-1與靶蛋白結(jié)合是可以不用借助SUMO E3酶的;另外在體外不存在E3的時(shí)候，SUMO化修飾仍然是可以發(fā)生的，說明在細(xì)胞中E3只是參與部分的SUMO化修飾過程，促進(jìn)SUMO與靶蛋白的特異性結(jié)合[12，13]。

有一些SUMO連接酶都含有一個(gè)保守的SPRING模序，該模序?qū)τ诎l(fā)揮SUMO連接酶E3的功能是十分重要的。該模序可以直接與靶蛋白結(jié)合，從而達(dá)到使SUMO連接到靶蛋白的目的[14]。到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了有三種不同的SUMO連接酶E3，分別為:PIAS家族蛋白(protein inhibitors of activated STAT)，核孔蛋白R(shí)anBP2/Nup358(Ran binding protein-2)和Pc(human polycomb group protein)[15]。

到目前為止，在果蠅和線蟲中只發(fā)現(xiàn)有一種SP-RNG模序，而在酵母和哺乳動(dòng)物中則發(fā)現(xiàn)有由多種不同基因編碼的SP-RING模序，例如在哺乳動(dòng)物中，含有分別由四種基因編碼的SP-RNG模序，分別為:PIAS1，PIAS3，具有α和β兩種形式的PIASx以及PIASy。PIA基因功能的缺失，會(huì)導(dǎo)致果蠅和線蟲的胚胎死亡，同時(shí)伴有形態(tài)異常。PIA缺失的細(xì)胞也同樣會(huì)嚴(yán)重影響細(xì)胞中染色體的分離以及端粒的聚集等現(xiàn)象。但是研究表明，如果把小鼠的PIASx或者是PIASy基因敲除，并不會(huì)影響到小鼠的發(fā)育，甚至沒有影響到與SUMO化修飾相關(guān)的細(xì)胞功能。通過該結(jié)果可以看出，在小鼠中SUMO E3酶對(duì)于SUMO化的修飾并不是必需的[16-18]。

4 SUMO蛋白酶

在細(xì)胞中，SUMO化過程是一個(gè)可逆的動(dòng)態(tài)過程，主要是由SUMO化與去SUMO化共同完成的。去SUMO化是指在SUMO特異性蛋白酶(SUMO-specific proteases，也可以稱為異肽酶)的作用下，將SUMO與靶蛋白之間的異肽鍵切除，從而釋放出游離SUMO的過程[14]。在這一可逆的過程中，異肽酶主要有三種重要的作用。首先，它可以去除靶蛋白上的SUMO，從而使SUMO游離出來，進(jìn)入到下一次循環(huán)中;其次，它在使SUMO自由化的過程中，對(duì)靶蛋白也有調(diào)控作用;第三，在SUMO成熟過程中，它可以切割未成熟SUMO末端的數(shù)個(gè)氨基酸，從而暴露出雙甘氨酸，使SUMO變成成熟的形態(tài)。目前研究表明，自由態(tài)的SUMO主要有兩個(gè)來源:從頭合成途徑以及去SUMO化途徑。

迄今，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中至少含有七種不同的去SUMO化的酶，被稱之為SENP(SUMO/sentrin-specific protease)，它們是由細(xì)胞中的六種基因編碼的[19]。在小鼠中如果 SENP1缺失，會(huì)導(dǎo)致小鼠由于胎盤異常而產(chǎn)生胚胎死亡[20]。除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物的SENP2定位于核孔復(fù)合體中，SENP5在核中十分豐富，SENP1在核間質(zhì)中穿梭，SENP6在核中以及胞質(zhì)中都有存在[14]。

SUMO化修飾是一個(gè)可逆的過程，同SUMO化一樣，去SUMO化過程在細(xì)胞中也同樣起著十分重要的作用。例如，缺氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)是一種可以被SUMO化的蛋白，SENP1可以使HIF-1α去SUMO化，從而使該蛋白保持穩(wěn)定，并且同SUMO調(diào)節(jié)一樣，這種去HIF-1α的去SUMO化調(diào)節(jié)也是有嚴(yán)格的反應(yīng)機(jī)制的[21-25]。

5 展望

SUMOylation對(duì)于維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的重要性已經(jīng)越來越多的被大家所認(rèn)識(shí)，而調(diào)節(jié)該過程的酶在細(xì)胞中起著十分重要的作用。因此對(duì)于這些酶的研究必然會(huì)為我們今后研究某些疾病提供寶貴的資料與依據(jù)。

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