SUMO-Protein

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Homo sapiens SMT3 suppressor of mif two 3 homolog 1 (SUMO-Protein)
Homo sapiens SMT3 suppressor of mif two 3 homolog 1 (SUMO-Protein)
Bändermodell
Vorhandene Strukturdaten: 1A5R
Bezeichner
Externe IDs
Vorkommen
Übergeordnetes Taxon Eukaryoten
Humanes SUMO1 in der Kalottendarstellung

Das SUMO-Protein (von engl. Small Ubiquitin-related MOdifier ‚kleiner Ubiquitin-verwandter Modifikator‘) ist eine post-translationale Modifikation, die – ähnlich wie Ubiquitin oder Urm1Proteine markiert.[1] Der Vorgang der Markierung mit dem SUMO-Protein wird als Sumoylierung (engl. SUMOylation) bezeichnet.

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die SUMOylierung spielt in verschiedenen zellulären Prozessen eine Rolle, z. B. beim Kerntransport,[2] bei der Apoptose, bei der Regulation der Transkription durch Induktion eines Abbaus von Histonen, bei der Proteindegradation (Autophagie), als antiviraler Mechanismus, bei Stressreaktionen, bei der Chromosomentrennung in der Mitose und bei der Einleitung der nächsten Phase im Zellzyklus.[3][4][5] SUMO-Proteine dienen hierbei als Regulatorprotein im Organismus.[6]

Bei Proteinfehlfaltungserkrankungen wie Chorea Huntington, der Alzheimer-Krankheit, der Parkinson-Krankheit und der spinozerebellären Ataxie 1 werden die Einschlusskörperchen zwar SUMOyliert, aber nicht abgebaut. In verschiedenen Krankheiten ist eine fehlerhafte SUMOylierung beobachtet worden, z. B. bei Krebs, bei der amyotrophen Lateralsklerose sowie bei Infektionen mit Adenoviren und Herpesviren.[7] Diese Viren verwenden die SUMOylierung zum Transport der viralen Proteine.[8]

Mechanismus[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

SUMO-Proteine bestehen aus etwa 100 Aminosäuren (12 Kilodalton) und werden durch Sentrin-spezifische Proteasen (SENPs) in ihre aktive Form überführt. SUMO-1 wird dabei am C-Terminus um vier Aminosäuren gekürzt, SUMO-2 um elf Aminosäuren und SUMO-3 um zwei Aminosäuren. Die SUMOylierung wird, wie die Ubiquitinylierung, durch drei Enzyme katalysiert, E1-Enzyme (SUMO-activating enzyme), E2-Enzyme (SUMO-conjugating enzyme) und E3-Enzyme (SUMO-Ligase).

Durch eine Thioester-Bindung an ein Cystein des heterodimeren E1-Enzyms SAE1-SAE2 wird das SUMO-Protein aktiviert und anschließend, ebenfalls über eine Thioesterbindung, auf ein Cystein des E2-Enzyms Ubc9 transferiert. Die endständige C-terminale Carboxygruppe des Glycins der SUMO-Proteine wird im dritten Teilschritt durch das E3-Enzym SUMO-Ligase an das Lysin der Erkennungssequenz der abzubauenden Proteine ψ-K-X-D/E (eine hydrophobe Aminosäure, Lysin, eine beliebige Aminosäure und eine saure Aminosäure wie Asparaginsäure oder Glutaminsäure) über eine Isopeptidbindung an das ε-Amin geknüpft. Die SUMO-Ligase (ein E3-Enzym, z. B. RanBP2) bindet an das Ubc9 (ein E2-Enzym) und an das abzubauende Protein. Die Freisetzung der SUMO-Proteine zur Wiederverwendung erfolgt durch die SENPs.[3]

Die E3-Enzyme lassen sich aufgrund ihrer Homologien in drei Gruppen unterteilen, den RanBP2-Typ, den HECT-Typ und den RING-Typ (z. B. bei Hefen Siz1, Siz2, Mms21, Cst9 und Zip3 und bei Menschen PIAS1, PIAS3, PIASxα, PIASxβ und PIASy). In Saccharomyces cerevisiae heißt das SUMO-Protein SMT3 (engl. suppressor of mif two 3), das E1-Enzym Aos1-Uba2. Es gibt bei Hefen als SUMO-Protease Ulp1 an Kernporen und Ulp2 im Zellkern.

Experimentell kann man eine SUMOylierung von DNA-bindenden Proteinen durch eine anti-SUMO-ChIP feststellen.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. J. R. Gareau, C. D. Lima: The SUMO pathway: emerging mechanisms that shape specificity, conjugation and recognition. In: Nat Rev Mol Cell Biol. (2010), Band 11, Ausgabe 12, S. 861-871. doi:10.1038/nrm3011. PMID 21102611; PMC 3079294 (freier Volltext).
  2. R. Mahajan, C. Delphin, T. Guan, L. Gerace, F. Melchior: A small ubiquitin-related polypeptide involved in targeting RanGAP1 to nuclear pore complex protein RanBP2. In: Cell (1997), Band 88, Ausgabe 1, S. 97-107. PMID 9019411.
  3. a b K. D. Sarge, O. K. Park-Sarge: Sumoylation and human disease pathogenesis. In: Trends Biochem Sci. (2009), Band 34, Ausgabe 4, S. 200-205. doi:10.1016/j.tibs.2009.01.004. PMID 19282183; PMC 2974900 (freier Volltext).
  4. S. P. Jackson, D. Durocher: Regulation of DNA damage responses by ubiquitin and SUMO. In: Mol Cell. (2013), Band 49, Ausgabe 5, S. 795-807. doi:10.1016/j.molcel.2013.01.017. PMID 23416108.
  5. J. Wan, D. Subramonian, X. D. Zhang: SUMOylation in control of accurate chromosome segregation during mitosis. In: Curr Protein Pept Sci. (2012), Band 13, Ausgabe 5, S. 467-481. PMID 22812528; PMC 3474960 (freier Volltext).
  6. Schulze, Christine: SUMOylierung: ein neuer Regulations-mechanismus des Transportes von CFTR zur Membran. Dissertation, LMU München: Fakultät für Biologie, 2009, urn:nbn:de:bvb:19-107929.
  7. P. Wimmer, S. Schreiner, T. Dobner: Human pathogens and the host cell SUMOylation system. In: J Virol. (2012), Band 86, Ausgabe 2, S. 642-54. doi:10.1128/JVI.06227-11. PMID 22072786; PMC 3255802 (freier Volltext).
  8. Y. E. Wang, O. Pernet, B. Lee: Regulation of the nucleocytoplasmic trafficking of viral and cellular proteins by ubiquitin and small ubiquitin-related modifiers. In: Biol Cell (2012), Band 104, Ausgabe 3, S. 121-138. doi:10.1111/boc.201100105. PMID 22188262; PMC 3625690 (freier Volltext).