Post-translational covalent modifications by small molecules or peptides remodel target proteins. One such modification, made by ubiquitin or small ubiquitin-related modifier (SUMO), is a rapidly expanding field in cell signaling pathways. Ubiquitin attachment controls the turnover and degradation of target proteins while SUMO conjugation regulates their activity and function. Recent studies report many examples of cross-talk between ubiquitin and SUMO pathways, indicating that the boundary is no longer clear. Here, we review recent progress concerning how ubiquitin and SUMO participate in new regulatory roles in plant cell, and how ubiquitination and sumoylation control plant growth and development.
Ribosomes, acting as the cellular factories for protein production, are essential for all living organisms. Ribosomes are composed of both proteins and RNAs and are established through the coordination of several steps, including transcription, maturation of ribosomal RNA (rRNA), and assembly of ribosomal proteins. In particular, diverse factors required for ribosome biogenesis, such as transcription factors, small nucleolar RNA (snoRNA)-associated proteins, and assembly factors, are tightly regulated by various post-translational modifications. Among these modifications, small ubiquitin-related modifier (SUMO) targets lots of proteins required for gene expression of ribosomal proteins, rRNA, and snoRNAs, rRNA processing, and ribosome assembly. The tight control of SUMOylation affects functions and locations of substrates. This review summarizes current studies and recent progress of SUMOylation-mediated regulation of ribosome biogenesis.
SUMOylation has emerged as an important post-translational modification that modulates the localization, stability and activity of a broad spectrum of proteins. A dynamic process, it can be reversed by a family of SUMO-specific proteases (SENPs). However, the biological roles of SENPs in mammalian development and pathogenesis remain largely elusive. Here, we demonstrated that SENP2 plays a critical role in the control of hepatocellular carcinoma cell growth. SENP2 was found to be down-regulated in hepatocellular carcinoma (HCC) tissues and over-expression suppressed the growth and colony formation of HCC cells. In contrast, silencing of SENP2 by siRNAs promoted cancer cell growth. We further found that stability of ${\beta}$-catenin was markedly decreased when SENP2 was over-expressed. Interestingly, the decrease was dependent on the de-SUMOylation activity of SENP2, because over-expression of a SENP2 catalytic mutant form had no obviously effects on ${\beta}$-catenin. Our results suggest that SENP2 might play a role in hepatocellular carcinoma cell growth control by modulating the stability of ${\beta}$-catenin.
BPES($\underline{B}$lepharophimosis/$\underline{P}$tosis/$\underline{E}$picanthus inversus $\underline{S}$yndrome)는 FOXL2 유전자의 돌연변이에 의해 유발되는 상염색체 우성질환이다. 눈꺼풀이 갈라지거나 쳐지고 넓은 미간이 나타나는 특징이 있으며, 여성의 조기 난소 부전증(premature ovarian failure, POF)을 일으켜 불임을 유발한다. FOXL2는 forkhead family에 속하는 전사인자로서 FOXL2가 결여된 난소에서는 granulosa cell의 분화가 진행되지 않아 난포 성숙과정의 멈춤과 난자의 폐쇄증을 유발한다. FOXL2를 bait로 하여 rat의 난소 cDNA 라이브러리의 yeast two-hybrid screening을 시행하여 FOXL2 단백질과 상호작용을 하는 small ubiquitin-related modifier(SUMO)-conjugating E2 효소인 UBE2I 단백질을 찾았다. UBC9이라고도 알려진 UBE2I 단백질은 SUMO 변형 과정을 위한 필수적인 단백질이다. Sumoylation은 수 많은 전사인자의 전사능력의 조절을 포함하여 다양한 신호전달체계에 관여하는 번역 후 변형 과정이다. 본 연구에서 인간세포인 293T 내에서 면역침전반응 실험을 통해 FOXL2와 UBE2I의 단백질-단백질간의 상호작용을 확인하고, FOXL2의 돌연변이형을 제작하여 yeast two-hybrid system을 이용해 UBE2I와 결합에 필요한 FOXL2의 부분을 규명하였다. 따라서, FOX2에 상호작용하는 UBE2I의 규명은 sumoylation에 의한 FOXL2의 새로운 조절 메커니즘을 시사한다.
It has been reported that ubiquitin-conjugating enzyme 9 (Ubc9), the unique enzyme2 in the sumoylation pathway, is up-regulated in many cancers. However, the expression and regulation of UBC9 in glioma remains unknown. In this study, we found that Ubc9 was up-regulated in glioma tissues and cell lines compared to a normal control. UBC9 knockdown by small interfering RNA (siRNA) affected cell proliferation and apoptosis in T98G cells. Further experiments revealed that microRNA (miR)-214 directly targeted the 3' untranslated region (UTR) of UBC9 and that there was an inverse relationship between the expression levels of miR-214 and UBC9 protein in glioma tissues and cells. miR-214 overexpression suppressed the endogenous UBC9 protein and affected T98G cell proliferation. These findings suggest that miR-214 reduction facilitates UBC9 expression and is involved in the regulation of glioma cell proliferation.
TGF-${\beta}$ induces IgA class switching by B cells. We previously reported that Smad3 and Smad4, pivotal TGF-${\beta}$ signal-transducing transcription factors, mediate germline (GL) ${\alpha}$ transcription induced by TGF-${\beta}1$, resulting in IgA switching by mouse B cells. Post-translational sumoylation of Smad3 and Smad4 regulates TGF-${\beta}$-induced transcriptional activation in certain cell types. In the present study, we investigated the effect of sumoylation on TGF-${\beta}1$-induced, Smad3/4-mediated $GL{\alpha}$ transcription and IgA switching by mouse B cell line, CH12F3-2A. Overexpression of small ubiquitin-like modifier (SUMO)-1, SUMO-2 or SUMO-3 did not affect TGF-${\beta}1$-induced, Smad3/4-mediated $GL{\alpha}$ promoter activity, expression of endogenous $GL{\alpha}$ transcripts, surface IgA expression, and IgA production. Next, we tested the effect of the E3 ligase PIASy on TGF-${\beta}1$-induced, Smad3/4-mediated $GL{\alpha}$ promoter activity. We found that PIASy overexpression suppresses the $GL{\alpha}$ promoter activity in cooperation with histone deacetylase 1. Taken together, these results suggest that SUMO itself does not affect regulation of $GL{\alpha}$ transcription and IgA switching induced by TGF-${\beta}1$/Smad3/4, while PIASy acts as a repressor.
One of the interesting trends in genome research is the study about epigenetic modification above single gene level. Epigenetics refers study about heritable change in the genome, which accompany modification in DNA or Chromatin besides DNA sequence alteration. We used to have the idea that the coding potential of the genome lies within the arrangement of the four bases A, T, G, C; However, additional information that affects phenotype is stored in the distribution of the modified base 5-methylcytosine. This form of information storage is flexible enough to be adapted for different somatic cell types, yet is stable enough to be retained during mitosis and/or meiosis. Epigenetic modification is a modification of the genome, as opposed to being part of the genome, so is known as "epigenetics"(Greek for "upon" genetics). This modification could be methylation on Cytosine base or post translational modification on histone protein(methylation, acetylation, phosphorylation, Sumoylation)($Dimitrijevi\hat{E}$ et al 2005). In this review, we would like to focus on the relationship of DNA methylation and cancer.
Heart failure is one of the leading causes of sudden death in developed countries. While current therapies are mostly aimed at mitigating associated symptoms, novel therapies targeting the subcellular mechanisms underlying heart failure are emerging. Failing hearts are characterized by reduced contractile properties caused by impaired $Ca^{2+}$ cycling between the sarcoplasm and sarcoplasmic reticulum (SR). Sarcoplasmic/endoplasmic reticulum $Ca^{2+}$ ATPase 2a (SERCA2a) mediates $Ca^{2+}$ reuptake into the SR in cardiomyocytes. Of note, the expression level and/or activity of SERCA2a, translating to the quantity of SR $Ca^{2+}$ uptake, are significantly reduced in failing hearts. Normalization of the SERCA2a expression level by gene delivery has been shown to restore hampered cardiac functions and ameliorate associated symptoms in pre-clinical as well as clinical studies. SERCA2a activity can be regulated at multiple levels of a signaling cascade comprised of phospholamban, protein phosphatase 1, inhibitor-1, and $PKC{\alpha}$. SERCA2 activity is also regulated by post-translational modifications including SUMOylation and acetylation. In this review, we will highlight the molecular mechanisms underlying the regulation of SERCA2a activity and the potential therapeutic modalities for the treatment of heart failure.
Transient Receptor Potential, Melastatin-related, member 4 (TRPM4) channels are $Ca^{2+}$-activated $Ca^{2+}$-impermeable cation channels. These channels are expressed in various types of mammalian tissues including the brain and are implicated in many diverse physiological and pathophysiological conditions. In the past several years, the trafficking processes and regulatory mechanism of these channels and their interacting proteins have been uncovered. Here in this minireview, we summarize the current understanding of the trafficking mechanism of TRPM4 channels on the plasma membrane as well as heteromeric complex formation via protein interactions. We also describe physiological implications of protein-TRPM4 interactions and suggest TRPM4 channels as therapeutic targets in many related diseases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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