[发明专利]含蛋白标签的SUMO融合蛋白及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及分子生物学，涉及蛋白质的翻译后修饰，尤其是SUMO化修饰及其检测。

背景技术

1.SUMO的发现和同源性

在细胞的翻译过程中，一些靶蛋白可以被修饰物修饰。研究表明翻译后修饰可以决定靶蛋白的命运和功能[1]，其中包括泛素和SUMO。2004诺贝尔化学奖的颁发给以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国科学家欧文·罗斯，以表彰他们发现了泛素(ubiquitin)调节的蛋白质降解。翻译后修饰领域得到应有的肯定和重视。

SUMO，ISG15，NEDD8都被称作ULM(Ubiquitin like domain)，他们在三维结构以及修饰方式上与泛素高度一致[2]。SUMO是近11KDa的蛋白，在结构上类似于泛素并且同样被连接到靶蛋白的赖氨酸上。SUMO的同源物Smt3最早在酿酒酵母的遗传突变筛选中发现。在1996年，在后来1999年诺贝尔奖得主Blobel的实验室最早发现SUMO(Smt3)能够共价的结合一个小G蛋白的激活蛋白RANGAP1[3]，影响了此蛋白在细胞核与核质的运输，随后第一次将此类小蛋白命名为SUMO(Smallubiquitin-like modifiers，类泛素化小蛋白类泛素化小蛋白[4]，然后SUMO化修饰在多种生命过程，在多种生物体(酵母，昆虫，线虫甚至高等脊椎动物中被发现[5]，得到阐释。在低等的真核生物如酿酒酵母，昆虫，线虫中只有一种SUMO基因表达，在植物中有8种之多[6]。SUMO在真核生物中有很好的保守性[1]。

在脊椎动物中，已经发现了4种SUMO的同源物SUMO1(Smt3c，PIC1，GMP1，sentrin或Ubl1)，SUMO2(Smt3a或Sentrin3)，SUMO3(Smt3b或Sentrin2)，以及通过基因组范围扫描预测得到的SUMO4[7]，现在还并不确切知道SUMO4的表达和功能。其中SUMO2和SUMO3只是在N端的三个氨基酸残基有差别，有时它们亦称为SUMO2/3，与SUMO1在序列上有50％的同源性，但已经发现了在功能上的差别[8，9]。现阶段的研究主要集中SUMO1的共价修饰作用，而在[8]推测可能SUMO2/3可能具有更大范围修饰的靶目标蛋白，而且除了RANGAP1被SUMO1特异性的修饰外[8]，更多的情况依赖于细胞环境中的SUMO1和SUMO2底物的相对数量，以及细胞所受的外界压力(stress)。现阶段，已经发现了大量的蛋白质存在SUMO化的过程，包括染色质的组装，蛋白质的转录，RNA代谢过程[10-13]。研究蛋白的SUMO化已经成为了当前研究蛋白质翻译后修饰的重要组成部分。

同泛素一样，所有的Ubls通过多个酶的级联作用实现对靶蛋白的共价修饰，包括了Ubl激活酶(E1)，Ubl转移酶(E2)和具有特异性的Ubl连接酶(E3)。SUMO具有相同的修饰机理。新翻译的SUMO蛋白在C端被剪切从而形成具有GG末端的成熟形式，这种剪切在酵母中有Ulp1(Ubiquitin-like-protein-specific proteases，泛素样蛋白特异性蛋白酶)催化，在哺乳动物中则有SENPs(sentrin-specific proteases，sentrin特异性蛋白酶)剪切完成[14]。所有的SUMO化修饰公用同样的E1活化酶和E2接合酶。这两种酶在结构和催化方式上与泛素化酶系统类似[15]。酵母的E1酶是由Aos1p(在脊椎动物中叫做SaeI)和Uba2p(在脊椎动物中叫做SaeII)组成的异质二聚体[16]。Aos1p-Uba2p催化作用下成熟形式的SUMO的C端和Uba2p形成了硫酯键从而使SUMO1得到活化，此过程消耗一个ATP[17]。

2.SUMO和疾病之间的关系

SUMO化从分子水平、细胞水平、甚至发育的个体水平影响各种生命活动过程，下面简要介绍下SUMO和疾病之间的关系[18]：

对许多蛋白来讲，被SUMO共价结合对自身的功能调节是很重要的。现在已经被证明可以被SUMO化的底物中有很多是与疾病相关的，例如癌症、亨廷顿症、阿尔茨海默病、帕金森、脊髓小脑性共济失调和肌萎缩侧壁增生等[19]。

SUMO和癌症