ในชีววิทยาระดับโมเลกุลโปรตีนSUMO ( Small Ubiquitin - like MODifier ) ​​เป็นกลุ่มของโปรตีน ขนาดเล็ก ที่ เชื่อม ต่อและแยกออกจากโปรตีนอื่นๆ ในเซลล์ ด้วยพันธะโควา เลนต์เพื่อปรับเปลี่ยนการทำงานของโปรตีนเหล่านั้น กระบวนการนี้เรียกว่าSUMOylation (อ่านว่า ซู-มู-ลา-ชัน และบางครั้งเขียนว่าsumoylation ) SUMOylation เป็นการดัดแปลงหลังการแปลรหัสที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการต่างๆ ในเซลล์ เช่นการขนส่งจากนิวเคลียสไปยังไซ โตพ ลา ส ซึม การควบคุมการถอดรหัสการตาย ของ เซลล์ ความเสถียรของโปรตีน การตอบสนองต่อความเครียด และการดำเนินไปตามวงจรของเซลล์ [ ^{1 ] ใน}โปรตีนของมนุษย์ มีตำแหน่งการจับ SUMO มากกว่า 53,000 ตำแหน่ง ทำให้ SUMO เป็นองค์ประกอบสำคัญของชีววิทยาพื้นฐาน^{[ 2 ]}

โปรตีน SUMO มีลักษณะคล้ายกับยูบิควิตินและจัดอยู่ใน กลุ่ม โปรตีนที่คล้ายยูบิควิตินกระบวนการ SUMOylation ถูกควบคุมโดยลำดับเอนไซม์ที่คล้ายคลึงกับกระบวนการ ubiquitination แต่แตกต่างจากยูบิควิตินตรงที่ SUMO ไม่ได้ใช้เป็นเครื่องหมายสำหรับโปรตีนที่จะถูกย่อยสลาย SUMO ที่สมบูรณ์จะเกิดขึ้นเมื่อ กรดอะมิโนสี่ตัวสุดท้ายของปลายC-terminusถูกตัดออก เพื่อให้เกิดพันธะไอโซเปปไทด์ระหว่างกรดอะมิโนไกลซีน ที่ ปลาย C-terminus ของ SUMO กับกรดอะมิโนไลซีน ที่เป็นตัวรับ บนโปรตีนเป้าหมาย

โมทีฟที่โต้ตอบกับ SUMO ( SIMs ) คือบริเวณการจับบนโปรตีนที่โต้ตอบกับกลุ่ม SUMO โดยทั่วไป SIMs ประกอบด้วยกรดอะมิโนไฮโดรโฟบิกสายสั้น ๆ ที่ขนาบข้างด้วยกรดอะมิโนที่เป็นกรด^{[ 3 ]}

สมาชิกในกลุ่มยีน SUMO มักมีชื่อที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ยีน SUMO ที่เป็นโฮโมล็อกในยีสต์เรียกว่า SMT3 (suppressor of mif two 3) นอกจากนี้ยังมีการรายงานว่าพบยีน SUMO ที่เป็นยีนเทียม หลายตัวใน จีโนมมนุษย์ด้วย

การดัดแปลงโปรตีนด้วย SUMO มีหน้าที่หลายอย่าง หน้าที่ที่พบได้บ่อยและได้รับการศึกษามากที่สุด ได้แก่ ความเสถียรของโปรตีน การขนส่ง จากนิวเคลียสไปยังไซโตพลาสมและ การควบคุม การถอดรหัส โดยทั่วไปแล้ว โปรตีนเพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่จะถูก SUMOylated และการดัดแปลงนี้จะถูกย้อนกลับอย่างรวดเร็วโดยการทำงานของเอนไซม์ deSUMOylating การ SUMOylation ของโปรตีนเป้าหมายแสดงให้เห็นว่าก่อให้เกิดผลลัพธ์ที่แตกต่างกันหลายประการ รวมถึงการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งและการจับคู่กับพันธมิตร การดัดแปลง SUMO-1 ของRanGAP1 (สารตั้งต้น SUMO ตัวแรกที่ระบุได้) นำไปสู่การเคลื่อนย้ายจากไซโตพลาสมไปยังคอมเพล็กซ์รูพรุนนิวเคลียส[ ^{4 ] [ 5 ] การ}ดัดแปลง SUMO ของnineinนำไปสู่การเคลื่อนที่จากเซนโทรโซมไปยังนิวเคลียส^{[ 6 ]}ในหลายกรณี การดัดแปลง SUMO ของตัวควบคุมการถอดรหัสมีความสัมพันธ์กับการยับยั้งการถอดรหัส^{[ 7 ]}สามารถอ้างอิงถึงGeneRIFsของโปรตีน SUMO เช่น SUMO-1 ของมนุษย์^{[ 8 ]}เพื่อค้นหาข้อมูลเพิ่มเติมได้

ในมนุษย์มีการยืนยันไอโซฟอร์ม ของ SUMO 4 ชนิด ได้แก่ SUMO-1 , SUMO-2 , SUMO-3และSUMO-4ในระดับกรดอะมิโน SUMO2 และ 3 เกือบจะเหมือนกันและไม่สามารถแยกแยะได้ด้วยแอนติบอดี^{[ 9 ]} ในทางตรงกันข้าม SUMO1 มีความคล้ายคลึงกับ SUMO2 เพียง 50% ^{[ 9 ]} SUMO-4 แสดงความคล้ายคลึงกับ SUMO-2/3 แต่แตกต่างกันตรงที่มีโพรลีนแทนกลูตามีนที่ตำแหน่ง 90 ^{[ 9 ]}ด้วยเหตุนี้ SUMO-4 จึงไม่ได้รับการประมวลผลและเชื่อมต่อภายใต้สภาวะปกติ แต่ใช้สำหรับการดัดแปลงโปรตีนภายใต้สภาวะความเครียด เช่น การอดอาหาร^{[ 10 ]}ในระหว่างการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส SUMO-2/3 จะไปอยู่ที่เซนโทรเมียร์และโครโมโซมที่ควบแน่น ในขณะที่ SUMO-1 จะไปอยู่ที่แกนไมโทซิสและบริเวณกลางแกนไมโทซิส ซึ่งแสดงให้เห็นว่าพาราโลกของ SUMO ควบคุมกระบวนการไมโทซิสที่แตกต่างกันในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม^{[ 11 ]}หนึ่งในผลิตภัณฑ์การเชื่อมต่อ SUMO ที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับโครโมโซมไมโทซิสเกิดขึ้นจากการเชื่อมต่อ SUMO-2/3 ของโทโปไอโซเมอเรส II ซึ่งได้รับการดัดแปลงโดย SUMO-2/3 เท่านั้นในระหว่างการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส^{[ 12 ]}การดัดแปลง SUMO-2/3 ดูเหมือนจะเกี่ยวข้องกับการตอบสนองต่อความเครียดโดยเฉพาะ^{[ 13 ]} SUMO-1 และ SUMO-2/3 สามารถสร้างสายโซ่ผสมได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก SUMO-1 ไม่มีไซต์ฉันทามติ SUMO ภายในที่พบใน SUMO-2/3 จึงคิดว่า SUMO-1 จะยุติสายโซ่โพลี-SUMO เหล่านี้^{[ 14 ]} เซรีน 2 ของ SUMO-1 ถูกฟอสโฟรีเลต ทำให้เกิดแนวคิดของ 'ตัวดัดแปลง' ^{[ 15 ]}

ดีเอ็นเอของเซลล์มักสัมผัสกับสารที่ก่อให้เกิดความเสียหายต่อดีเอ็นเอ การตอบสนองต่อ ความเสียหายของดีเอ็นเอ (DDR) ที่มีการควบคุมอย่างดีและซับซ้อนมักถูกนำมาใช้เพื่อจัดการกับผลกระทบที่เป็นอันตรายที่อาจเกิดขึ้นจากความเสียหาย เมื่อเกิดความเสียหายต่อดีเอ็นเอ โปรตีน SUMO ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าทำหน้าที่เป็นกาวโมเลกุลเพื่ออำนวยความสะดวกในการประกอบโปรตีนเชิงซ้อนขนาดใหญ่ในจุดซ่อมแซม^{[ 16 ]} นอกจากนี้ การซูโมอิเลชันยังสามารถเปลี่ยนแปลงกิจกรรมทางชีวเคมีและการโต้ตอบของโปรตีนได้ การซูโมอิเลชันมีบทบาทในเส้นทางการซ่อมแซมดีเอ็นเอ หลัก ได้แก่ การซ่อมแซมโดยการตัดฐาน การซ่อมแซม โดยการตัดนิวคลีโอไทด์การเชื่อมต่อปลายที่ไม่เหมือนกันและการซ่อมแซมโดยการรวมตัวใหม่ที่เหมือนกัน^{[ 16 ]}การซูโมอิเลชันยังช่วยอำนวยความสะดวกในการสังเคราะห์การแปลที่ผิดพลาดอีกด้วย

โปรตีน SUMO มีขนาดเล็ก ส่วนใหญ่มีความยาวประมาณ 100 กรดอะมิโน และ มีมวล 12 kDaความยาวและมวลที่แน่นอนจะแตกต่างกันไปในแต่ละสมาชิกของตระกูล SUMO และขึ้นอยู่กับว่า โปรตีนนั้นมาจาก สิ่งมีชีวิต ใด แม้ว่า SUMO จะมีความเหมือนกันของลำดับกรดอะมิโนกับยูบิควิตินน้อยมาก (น้อยกว่า 20%) แต่ก็มีโครงสร้างพับที่เกือบจะเหมือนกัน โปรตีน SUMO มีส่วนต่อขยาย N-terminal ที่เป็นเอกลักษณ์จำนวน 10-25 กรดอะมิโน ซึ่งโปรตีนที่คล้ายยูบิควิตินอื่นๆ ไม่มี ส่วนต่อขยาย N-terminal นี้พบว่าเกี่ยวข้องกับการสร้างสายโซ่ SUMO ^{[ 17 ]}

โครงสร้างของโปรตีน SUMO1 ในมนุษย์แสดงอยู่ทางด้านขวา แสดงให้เห็นว่า SUMO1 เป็นโปรตีนทรงกลม โดยปลายทั้งสองข้างของสายกรดอะมิโน (แสดงด้วยสีแดงและสีน้ำเงิน) ยื่นออกมาจากศูนย์กลางของโปรตีน แกนกลางทรงกลมประกอบด้วยเกลียวอัลฟาและแผ่นเบตาแผนภาพที่แสดงนี้อ้างอิงจากการวิเคราะห์โปรตีนในสารละลายด้วยวิธี NMR

โปรตีนที่ถูกดัดแปลงด้วย SUMO ส่วนใหญ่มีโมทีฟ คอนเซนซัสเตตระเปปไทด์ Ψ-KxD/E โดยที่ Ψ คือ กรดอะมิโน ที่ไม่ชอบน้ำ K คือไลซีนที่เชื่อมต่อกับ SUMO x คือกรดอะมิโนใดๆ และ D หรือ E คือกรดอะมิโนที่เป็นกรด ความจำเพาะของสารตั้งต้นดูเหมือนจะได้รับมาจาก Ubc9 และ โมทีฟของ สารตั้งต้น ที่เกี่ยวข้องโดยตรง โปรแกรมทำนายที่มีอยู่ในปัจจุบัน ได้แก่:

• SUMOplot - ซอฟต์แวร์ออนไลน์ที่เข้าถึงได้ฟรีซึ่งพัฒนาขึ้นเพื่อทำนายความน่าจะเป็นที่ลำดับคอนเซนซัสของ SUMO (SUMO-CS) จะมีส่วนร่วมในการยึดติดของ SUMO ^{[ 18 ]}ระบบคะแนนของ SUMOplot ขึ้นอยู่กับเกณฑ์สองประการ: 1) การจับคู่กรดอะมิโนโดยตรงกับ SUMO-CS ที่สังเกตและแสดงให้เห็นว่าจับกับ Ubc9 และ 2) การแทนที่กรดอะมิโนคอนเซนซัสด้วยกรดอะมิโนที่มีคุณสมบัติชอบน้ำ คล้ายกัน SUMOplot เคยถูกใช้ในอดีตเพื่อทำนายไซต์ที่ขึ้นอยู่กับ Ubc9
• seeSUMO - ใช้random forestsและsupport vector machinesที่ฝึกฝนบนข้อมูลที่รวบรวมจากเอกสาร^{[ 19 ]}
• SUMOsp - ใช้PSSMเพื่อให้คะแนนตำแหน่งเปปไทด์ SUMOylation ที่เป็นไปได้ สามารถทำนายตำแหน่งตามโมทีฟ ψKXE และตำแหน่ง SUMOylation ที่ผิดปกติซึ่งมีโมทีฟที่ไม่เป็นไปตามแบบแผนอื่นๆ^{[ 20 ]}
• JASSA - ตัวทำนายไซต์ SUMOylation (คอนเซนซัสแบบคลาสสิกและแบบกลับด้าน) และ SIMs (โมทีฟปฏิสัมพันธ์ SUMO) ที่เข้าถึงได้ฟรีทางออนไลน์ JASSA ใช้ระบบการให้คะแนนตามเมทริกซ์ความถี่ตำแหน่งที่ได้มาจากการจัดเรียงไซต์ SUMOylation หรือ SIMs จากการทดลอง คุณสมบัติใหม่ได้รับการนำมาใช้เพื่อการประเมินการทำนายที่ดีขึ้น รวมถึงการระบุผลลัพธ์ในฐานข้อมูลที่ตรงกับลำดับคำถามและการแสดงไซต์ผู้สมัครภายในองค์ประกอบโครงสร้างทุติยภูมิและ/หรือโครงสร้าง 3 มิติของโปรตีนที่สนใจ ซึ่งสามารถดึงมาจากไฟล์ PDB ที่ฝากไว้^{[ 21 ]}
• SumoPred-PLM หรือการทำนายตำแหน่งการซูโมอิเลชันโดยใช้แบบจำลองภาษาโปรตีน - เครื่องมือการเรียนรู้เชิงลึก AI เพื่อทำนายโดยอิงตามกฎทางชีววิทยาที่ทราบเกี่ยวกับการจับ SUMO2 และ SUMO3 ในโปรตีนของมนุษย์ โดยรวมความรู้จากเครื่องมือ PLM ที่ได้รับการฝึกฝนล่วงหน้าแยกต่างหากซึ่งพัฒนาขึ้นก่อนหน้านี้ในปี 2021 โดย Elnaggar et al.ซึ่งรู้จักกันในชื่อ ProtT5-XL-UniRef50 ^{[ 2 ]}การทำงานร่วมกันระหว่างเครื่องมือ AI หลายสาขาเช่นนี้กำลังกลายเป็นเรื่องปกติ

การเชื่อมต่อของ SUMO กับเป้าหมายนั้นคล้ายคลึงกับการเชื่อมต่อของยูบิควิติน (เช่นเดียวกับโปรตีนที่คล้ายยูบิควิตินอื่นๆ เช่น NEDD 8) สารตั้งต้นของ SUMO มีกรดอะมิโนส่วนเกินบางส่วนที่ต้องถูกกำจัดออก ดังนั้นเปปไทด์ที่ปลาย C-terminal จึงถูกตัดออกจากสารตั้งต้นของ SUMO โดยโปรตีเอส (ในมนุษย์คือโปรตีเอส SENP หรือ Ulp1 ในยีสต์) เพื่อเผยให้เห็นโมทีฟไดไกลซีน จากนั้น SUMO ที่ได้จะจับกับเอนไซม์ E1 (เอนไซม์กระตุ้น SUMO (SAE)) ซึ่งเป็นเฮเทอโรไดเมอร์ (หน่วยย่อยSAE1และSAE2 ) จากนั้นจะถูกส่งต่อไปยัง E2 ซึ่งเป็นเอนไซม์เชื่อมต่อ (Ubc9) สุดท้าย โปรตีนเชื่อมต่อ E3 จำนวนเล็กน้อยจะเชื่อมต่อ SUMO กับโปรตีนเป้าหมาย

ในยีสต์ที่กำลังแตกหน่อ มีโปรตีน SUMO E3 สี่ชนิด ได้แก่ Cst9, ^{[ 22 ]} Mms21, Siz1และSiz2ในขณะที่ในกระบวนการยูบิควิตินเนชัน โปรตีน E3 เป็นสิ่งจำเป็นในการเพิ่มยูบิควิตินให้กับเป้าหมาย หลักฐานชี้ให้เห็นว่า E2 ก็เพียงพอในกระบวนการซูโมอิเลชัน ตราบใดที่ลำดับคอนเซนซัสยังคงอยู่ เชื่อกันว่าเอนไซม์ไลเกส E3 ช่วยส่งเสริมประสิทธิภาพของซูโมอิเลชัน และในบางกรณีได้แสดงให้เห็นว่าสามารถชี้นำการเชื่อมต่อ SUMO ไปยังโมทีฟที่ไม่ใช่คอนเซนซัสได้ เอนไซม์ E3 สามารถจัดกลุ่มได้เป็นโปรตีน PIAS เป็นส่วนใหญ่ เช่น Mms21 (สมาชิกของคอมเพล็กซ์ Smc5/6) และโปรตีน Pias-gamma และHECTบนโครโมโซม 17 ของจีโนมมนุษย์ SUMO2 อยู่ใกล้กับ SUMO1+E1/E2 และ SUMO2+E1/E2 รวมถึงตัวอื่นๆ อีกหลายชนิด อย่างไรก็ตาม E3 บางรายการ เช่น RanBP2 ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง^{[ 23 ]}

หลักฐานล่าสุดแสดงให้เห็นว่า PIAS-gamma จำเป็นสำหรับการซูโมอิเลชันของปัจจัยการถอดรหัส yy1 แต่ไม่ขึ้นอยู่กับนิ้วซิงค์ริง (ซึ่งระบุว่าเป็นโดเมนการทำงานของ E3 ไลเกส) การซูโมอิเลชันสามารถย้อนกลับได้และถูกกำจัดออกจากเป้าหมายโดยโปรตีเอสซูโมเฉพาะ ในยีสต์ที่กำลังแตกหน่อ โปรตีเอสซูโม Ulp1 พบว่าจับอยู่ที่รูพรุนนิวเคลียร์ ในขณะที่ Ulp2 อยู่ในนิวเคลียส การกำหนดตำแหน่งย่อยในนิวเคลียสที่แตกต่างกันของเอนไซม์ดีซูโมอิเลชันได้รับการอนุรักษ์ไว้ในยูคาริโอตชั้นสูง^{[ 24 ]}

SUMO สามารถถูกกำจัดออกจากสารตั้งต้นได้ ซึ่งเรียกว่า deSUMOylation โปรตีเอสเฉพาะจะทำหน้าที่ในกระบวนการนี้ (SENP ในมนุษย์ หรือ Ulp1 และ Ulp2 ในยีสต์) ^{[ 17 ]}

ในยีสต์ SMT3 เข้ารหัสโปรตีน SUMO และ SUMO E3 ligase จะเชื่อม SUMO เข้ากับโปรตีนเป้าหมาย ในการควบคุมวงจรเซลล์ กรณีพื้นฐานคือการเชื่อม SUMO เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิด polySUMOylation ของโปรตีนเป้าหมายที่เหมาะสม ซึ่งถูกต่อต้านโดย SUMO protease Ulp2 ที่ตัดกลุ่ม polySUMO ออก ทำให้โปรตีนอยู่ในสถานะ monoSUMOylated ดังแสดงในรูป มีกลไกป้อนกลับที่ ULP2 รักษาภาวะ monoSUMOylated โดยการตัด SUMO อย่างต่อเนื่องและสม่ำเสมอ ทำให้สถานะ polySUMOylated ไม่เสถียรพอที่จะถูกกระทำโดยตัวกระทำปลายทาง การกำจัด SUMO นี้มีความสำคัญในการป้องกันการดำเนินไปของวงจรเซลล์ก่อนกำหนด ดังที่ได้กล่าวไว้ในการศึกษาหลายฉบับ^{[ 25 ]}

การดีซูโมอิเลชันอาจถูกยับยั้งโดยการฟอสโฟรีเลชันแบบยับยั้งของโปรตีเอส Ulp2 SUMO โดยไคเนสแบบโปโล Cdc5 การยับยั้งการดีซูโมอิเลชันของ Ulp2 จะส่งเสริมให้เกิดโพลีซูโมอิเลชันเป็นสถานะเสถียรใหม่ของโปรตีนเป้าหมาย ซึ่งมักจะแต่ไม่เสมอไปจะจับกับโปรตีนอื่น ๆ เพื่อควบคุมการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญภายในเซลล์ Cdc5 ถูกต่อต้านโดยฟอสฟาเทส Rts1-PP2A ซึ่งรักษาสถานะการทำงานของโปรตีเอส Ulp2 SUMO โดยการกำจัดหมู่ฟอสเฟตที่เพิ่มเข้ามาโดยไคเนส Cdc5 ^{[ 25 ]}

ผลที่ตามมาจากการขัดขวางการดีซูโมอิเลชันที่ต่อต้านมีดังนี้: ประการแรก โปรตีนเป้าหมายจะกลายเป็นโพลีซูโมอิเลชัน ประการที่สอง SUMO Targeted Ubiquitin Ligaseหรือ STUbL (SLX5 หรือ SLX8 ในกรณีของยีสต์) อาจจับกับเป้าหมายโพลีซูโมอิเลชันและติดกลุ่มยูบิควิติน (มักจะทำให้โปรตีนโพลีซูโมอิเลชันมียูบิควิตินมากขึ้น) ^{[ 26 ]}ประการที่สาม เซเกรเกส เช่น Cdc48 อาจแยกเป้าหมายที่ถูกซูโมอิเลชันและยูบิควิตินออกจากโปรตีนที่จับอยู่ ประการที่สี่ ในขณะที่โปรตีนที่ไม่ได้จับอยู่ซึ่งเคยจับอยู่ก่อนหน้านี้สามารถทำสิ่งที่มันไม่สามารถทำได้ในขณะที่จับอยู่ได้ โปรตีนที่แยกตัวออกมาอาจถูกย่อยสลายโดยวิถีทาง ยูบิควิติน- โปรตีเอโซม แบบดั้งเดิม ^{[ 25 ]}

จากการศึกษาโดยใช้ยีสต์ที่กำลังแตกหน่อ ในกรณีของ Tof2-Cdc14 การปลดปล่อย Cdc14 จากนิวคลีโอลัสทำให้เครือข่ายทางออกของไมโทซิสสามารถเริ่มต้นได้ แต่ถูกควบคุมโดยการจับของ Tof2 ซึ่งเป็นโปรตีนที่อยู่ภายใต้ SUMOylation ในทำนองเดียวกัน โปรตีน Cohesin ซึ่งจับกับซิสเตอร์โครมาทิดในระยะเมตาเฟสสามารถถูกกำหนดเป้าหมายโดย SUMOylation เพื่อให้ Cdc48 segregase แยก Cohesin และทำให้ซิสเตอร์โครมาทิดแยกออกจากกันในระยะแอนาเฟสตอนต้น^{[ 25 ]}

ในการวิจัย นักวิทยาศาสตร์มักจะทดสอบยาที่ทราบกันว่ามีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อระบบสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างหนึ่งคือ ราพาไมซิน (รู้จักกันในวงการเภสัชกรรมว่าไซโรลิมัส ) ซึ่งเป็นสารยับยั้งเป้าหมายเชิงกลไกของราพาไมซิน หรือmTOR ที่รู้จักกันดี ในส่วนของการซูโมอิเลชัน อาจคิดได้ว่าราพาไมซินมีผลแบบ "ค้อนทุบ" ซึ่งยาจะส่งเสริมออโตฟาจีของเซลล์ ซึ่งส่วนหนึ่งรวมถึงการส่งเสริมการซูโมอิเลชันแบบไม่จำเพาะเจาะจงในวงกว้างสำหรับโปรตีนหลายชนิด สิ่งนี้อาจเป็นประโยชน์ในบางสถานการณ์ เนื่องจากช่วยสนับสนุนการสลายของเสียที่สะสมอยู่^{[ 27 ]}

ความสำคัญของการศึกษาเหล่านี้ในแบบจำลอง เช่น ยีสต์ อยู่ที่ศักยภาพในการให้ข้อมูลแก่นักวิทยาศาสตร์ในการวิจัยและพัฒนาวิธีการรักษาทางชีวการแพทย์ที่แม่นยำ ซึ่งสามารถนำไปสู่การปรับปรุงสุขภาพของมนุษย์ในด้านคลินิกต่างๆ ได้

โปรตีน SUMO มีส่วนเกี่ยวข้องกับสาเหตุของโรคทางชีวการแพทย์หลายชนิด ไม่จำกัดเฉพาะ: มะเร็ง หลอดเลือดแดงแข็ง โรคหัวใจและหลอดเลือด โรคทางระบบประสาทเสื่อม เบาหวาน โรคตับ โรคลำไส้ และแม้แต่โรคติดเชื้อ^{[ 2 ] [ 28 ] [ 29 ]}

ในกรณีของโปรตีน p53 ซึ่งเป็นโปรตีนยับยั้งเนื้องอกมะเร็งที่ได้รับการศึกษามาอย่างดี ในมนุษย์จะมีโปรตีนยูบิควิตินไลเกสควบคุมที่เรียกว่าโปรตีน Mouse Double Minute 2 หรือ MDM2 ซึ่งทำหน้าที่กำจัด p53 ออกจากเซลล์ MDM2 ควบคุมตัวเองผ่านกระบวนการยูบิควิตินเนชันโดยอาศัยโดเมน RING fingerเพื่อกำหนดเป้าหมายการทำลายโดยโปรตีเอโซม เมื่อ MDM2 ถูกซูโมอิเลชันที่โดเมน RING finger มันจะไม่จำกัดการทำงานของตัวเองในเซลล์อีกต่อไป เมื่อได้รับการปกป้องจากตัวเอง มันก็จะยูบิควิตินเนชัน p53 เช่นกัน ทำให้ p53 ที่ทำหน้าที่ปกป้องถูกทำลายแทน ซึ่งการขาด p53 นั้นเป็นที่เข้าใจกันว่าส่งเสริมการเกิดมะเร็ง ในกรณีนี้เช่นกัน คือ กระบวนการซูโมอิเลชัน ซึ่งกำลังถูกสลายโดยโปรตีเอส SUMO ที่เพิ่งค้นพบใหม่ชื่อ SUSP4 และโดยปฏิกิริยาของโปรตีเอส SUMO ระหว่าง SMT3IP1/SENP3 ซึ่งเข้าใจกันว่าสามารถสลายซูโมอิเลชันทั้ง MDM2 และ p53 ได้^{[ 30 ] [ 31 ]}หนึ่งในวิธีที่ p53 ทำงานคือการเป็นเทตราเมอร์ที่จับกับ DNA ที่น่าสนใจคือ การซูโมอิเลชันของ p53 ทำให้มันเคลื่อนตัวออกจากนิวเคลียส ซึ่งป้องกันกิจกรรมดังกล่าว^{[ 32 ]}ความสำคัญของ p53 นั้นไม่อาจกล่าวเกินจริงได้ อันที่จริง หากมนุษย์มี p53 ที่ไม่ทำงานเพียงสำเนาเดียว ก็จะส่งผลให้เกิดการพยากรณ์โรคมะเร็งที่ร้ายแรงที่เรียกว่ากลุ่มอาการ Li-Fraumeniนอกจาก p53 แล้ว ในมะเร็งยังมีการค้นพบยีนก่อมะเร็งและยีนยับยั้งเนื้องอกจำนวนมากที่ได้รับการซูโมอิเลชันเพื่อให้มะเร็งลุกลามหรือไม่ลุกลาม โดยแต่ละเหตุการณ์การซูโมอิเลชันจะมีผลกระทบที่หลากหลาย^{[ 33 ]} เมื่อ IκB ถูกซูโมอิเลชัน การดัดแปลงหลังการแปลของ SUMO จะเอาชนะการยูบิควิตินเนชัน ปกป้องมันจากการย่อยสลาย และโดยนัยเดียวกัน ปัจจัยการถอดรหัส NF-κB จะถูกจับในคอมเพล็กซ์กับ IκB ป้องกันการแสดงออกของยีนที่อาจทำให้เซลล์ที่มี DNA เสียหายเกิดอะพอพโทซิสในสภาวะที่มีออกซิเจนต่ำ เช่นที่เกิดขึ้นในมะเร็งบางชนิดHIF-1αซึ่งปกติจะถูกซูโมอิเลชัน ตามด้วยการยูบิควิตินเนชันและการย่อยสลายในภายหลังผ่าน กิจกรรมยูบิควิตินไลเกสของตัวยับยั้งเนื้องอก von Hippel-Lindauจะถูกดีซูโมอิเลชันแทน ซึ่งส่งเสริมการอยู่รอดของเซลล์ที่ก่อให้เกิดเนื้องอก^{[ 34 ]}ผลพวงจากการดีซูโมอิเลชันของ HIF-1α รวมถึงการส่งเสริมMMPsซึ่งเข้าใจกันว่ามีส่วนช่วยในการพัฒนา EMT ซึ่งเป็นลักษณะเด่นของมะเร็ง^{[ 35 ]}

ในภาวะหลอดเลือดแดงแข็งตัว ทั้ง p53 และ ERK5 จะถูกซูโมอิเลชันโดยการกระตุ้นจากการไหลเวียนของเลือดที่ผิดปกติ การกระตุ้นนี้ถูกส่งผ่านโดยการทำงานของเอนไซม์ไคเนสชนิดเซริน/ทรีโอนีนที่เรียกว่า p90RSK ซึ่งจะฟอสโฟรีเลตโปรตีเอสซูโมของมนุษย์ SENP2 ที่กรดอะมิโนทรีโอนีนตำแหน่งที่ 368 การฟอสโฟรีเลชันนี้เพียงพอที่จะทำให้ SENP2 เคลื่อนย้ายออกจากนิวเคลียส ผลของการยับยั้ง SENP2 ที่ขึ้นอยู่กับการฟอสโฟรีเลชันโดยการส่งออกนอกนิวเคลียส ได้แก่ การซูโมอิเลชันของ p53 ซึ่งนำไปสู่การตาย ของเซลล์เยื่อบุหลอดเลือด และการซูโมอิเลชันของ ERK5 ซึ่งนำไปสู่การอักเสบ การส่งออก SENP2 ออกจากนิวเคลียสยังลด การทำงานของ เอนไซม์ไนตริกออกไซด์ซินเทสในเยื่อบุหลอดเลือด (eNOS) ในขณะเดียวกันก็เพิ่มการทำงานของโมเลกุลยึดเกาะที่ก่อให้เกิดการอักเสบ^{[ 36 ]}เนื่องจาก eNOS จำเป็นต่อสรีรวิทยาของหลอดเลือดที่แข็งแรงความเครียดออกซิเดชัน ที่ผิดปกติ จึงเกิดขึ้นในเซลล์เยื่อบุหลอดเลือด^{[ 37 ]}ความเครียดออกซิเดชันทำให้เกิดการสะสมของไขมันในเซลล์ ส่งผลให้เกิดภาวะเซลล์ฟองอักเสบซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของหลอดเลือดแดงแข็ง เช่นเดียวกับแมโครฟาจที่เต็มไปด้วยไมอีลิน ซึ่งก่อให้เกิดการอักเสบเรื้อรังในSCI ^{[ 38 ] [ 39 ]}

ในโรคหัวใจและหลอดเลือด โปรตีนหลายชนิดอยู่ภายใต้กระบวนการ SUMOylation การกล่าวว่า SUMOylation นั้นดีหรือไม่ดีต่อโรคนี้หรือโรคประเภทอื่นใดนั้นเป็นการมองข้ามบทบาทของโปรตีนหลายชนิดที่เกี่ยวข้อง ปัจจัยร่วมอย่างหนึ่งในหลายๆ ภาวะคือพังผืด ในพังผืดของกล้ามเนื้อหัวใจPPARγ1เป็นที่เข้าใจกันว่ามีบทบาทในการควบคุมการแสดงออกของยีนสำคัญบางตัว และกิจกรรมการถอดรหัสของมันโดยทั่วไปจะถูกยับยั้งโดย SUMOylation ดังนั้น การแทรกแซงทางการรักษาที่เป็นไปได้ประการหนึ่งในกรณีของภาวะหัวใจโตอาจเป็นการต่อต้าน SUMOylation ของ PPARγ1 ^{[ 40 ]}

ในโรคความเสื่อมของระบบประสาท เรามักสังเกตเห็นการสะสมของโปรตีนที่ผิดปกติ ตัวอย่างเช่นโปรตีน Huntingtin ซึ่งเป็นโปรตีนในโรค Huntington สะสมและพับตัวเป็นรูปแบบที่ไม่สามารถผ่านโปรตีเอโซมได้ ในโรค Huntington การซูโมอิเลชันของโปรตีน Huntingtin ที่ผิดปกติอย่างเพียงพอ ก่อนการพับตัวใหม่ดังกล่าว อาจช่วยชะลอการดำเนินของโรคได้โดยการทำลายโปรตีนอย่างทันท่วงทีในขณะที่สายโซ่โพลีเปปไทด์ยังคงเข้าถึงหน่วยย่อยของโปรตีเอสภายในโปรตีเอโซมได้ โปรตีนสะสมอื่นๆ ที่คุกคามโรคความเสื่อมของระบบประสาท ได้แก่ α-synuclein (ที่เกี่ยวข้องกับโรคพาร์กินสัน) และ Amyloid β (ที่เกี่ยวข้องกับโรคอัลไซเมอร์) และหากดำเนินการตั้งแต่เนิ่นๆ โรคอาจบรรเทาลงได้ดีขึ้น^{[ 41 ]}

• ซูโม่1
• ซูโม่2
• ซูโม่3
• ซูโม่ 4
• NSMCE2 ^{[ 42 ] [ 43 ]}

โปรตีนรีคอมบิแนนท์ที่แสดงออกในE. coliอาจพับตัวไม่ถูกต้อง แต่จะเกิดการรวมตัวกันและตกตะกอนเป็นก้อน[ ^{44 ] ความ}ไม่ละลายนี้อาจเกิดจากการมีโคดอนที่E. coli อ่านได้ไม่ดี ความแตกต่างระหว่างไรโบโซมของยูคาริโอตและโปรคาริโอต หรือการขาดโมเลกุลชาเปอโร นที่เหมาะสม สำหรับการพับโปรตีนอย่างถูกต้อง^{[ 45 ]}เพื่อให้โปรตีนดังกล่าวบริสุทธิ์ อาจจำเป็นต้องเชื่อมโปรตีนที่สนใจเข้ากับแท็กที่ช่วยเพิ่มการละลาย เช่น SUMO หรือ MBP ( โปรตีนที่จับกับมอลโทส ) เพื่อเพิ่มการละลายของโปรตีน^{[ 45 ]}ต่อมาสามารถแยก SUMO ออกจากโปรตีนที่สนใจได้โดยใช้โปรตีเอสที่จำเพาะต่อ SUMO เช่นUlp1 peptidase ^{[ 45 ]}

• ยูบิควิติน
• โปรตีนคล้ายยูบิควิตินของโปรคาริโอต

• กลุ่มความคล้ายคลึง SUMO1 จาก HomoloGene
• โปรตีน SUMO ของมนุษย์บน ExPASy: SUMO1 SUMO2 SUMO3 SUMO4

โปรแกรมสำหรับทำนายการเกิดซูโมอิเลชัน:

• โปรแกรมวิเคราะห์ SUMOplot — ทำนายและให้คะแนนตำแหน่งการเกิดซูโมอิเลชันในโปรตีนของคุณ (โดย Abgent)
• seeSUMO - การทำนายตำแหน่งการเกิดซูโมอิเลชัน
• SUMOsp - การทำนายตำแหน่งการเกิดซูโมอิเลชัน
• JASSA - ทำนายและให้คะแนนตำแหน่งการเกิดซูโมอิเลชันและ SIM (โมทีฟที่ทำปฏิกิริยากับซูโมอิเลชัน)