SUMO標簽的由來與發(fā)明者
SUMO（Small Ubiquitin-like Modifier）是一類與泛素結構相似的翻譯后修飾蛋白，于1996年在酵母中首次被發(fā)現其作用于蛋白的修飾（如 RanGAP1）。研究者進一步發(fā)現，從酵母到哺乳動物，在真核細胞中廣泛存在SUMO化修飾，這一發(fā)現為SUMO后續(xù)的工具化奠定了基礎。
將SUMO用作融合標簽（SUMO-tag），最早是在2004–2005年間由 Malakhov、Butt等人提出，并在大腸桿菌（E.coli）系統(tǒng)中驗證其可增強融合蛋白的表達和可溶性。該技術后來被Life Sensors等公司推廣，并于2009年進一步系統(tǒng)總結了SUMO作為融合標簽在原核和真核表達系統(tǒng)中的應用優(yōu)勢。
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SUMO標簽成功應用案例
rFGF21 的高效表達與純化
研究用SUMO標簽融合 FGF21，表達于大腸桿菌中，成功顯著提升可溶性——SUMO-FGF21表達量占總蛋白30%，且可溶性超過95%。經SUMO蛋白酶切除標簽后，目標蛋白純度 >96%，展示其在生理活性重組蛋白制備上的巨大潛力。
抗菌肽 Abaecin 的異源表達
為了工業(yè)化表達抗菌肽 Abaecin，在質粒構建中使用 6×His-SUMO作為標簽，在原核系統(tǒng)（如 E.coli）中表達，成功提高表達水平和可溶性，且通過 SUMO Protease（特異性酶）切除標簽后，獲得活性片段仍具目標功能。
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SUMO 融合標簽的優(yōu)勢
SUMO作為蛋白表達融合標簽具有以下突出優(yōu)勢：
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增強可溶性與表達量：SUMO 幫助目標蛋白正確折疊、減少聚集，提升可溶性與產量。
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擔任分子伴侶角色：提供折疊幫助，類似分子伴侶功能。
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高度耐受性：對高溫、蛋白酶等具有良好穩(wěn)定性。
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精準剪切：SUMO的三級結構被 SUMO-protease（如Ulp1）識別，實現準確切除；相比于TEV、3C等酶無需留殘基。
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標簽分子量小：比 MBP、GST 更輕，降低對目標蛋白功能的干擾。
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SUMO標簽的未來展望
1.工程 SUMO 標簽以適應真核系統(tǒng)
SUMOstar 是通過理性突變（如 R64T 和 R71E）構建的抗 Ulp1 解旋酶的變體，有望在真核表達系統(tǒng)（如哺乳動物細胞）中使用，避免被內源性 SUMO 蛋白酶切除，可顯著提升哺乳動物細胞中難表達蛋白的產量。
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SUMOstar 是一種針對真核表達系統(tǒng)專門優(yōu)化的 SUMO 標簽變體，通過引入關鍵點突變，使其能夠耐受內源性 SUMO 蛋白酶的切割，同時保留融合蛋白表達增強與可溶性的優(yōu)勢。具體內容包括： SUMOstar 標簽承載了 R64T 和 R17E 兩處關鍵點突變，這兩處突變位于 Ulp1結合界面上，可有效破壞與內源性 SUMO 蛋白酶的結合，從而避免在真核細胞中被切除；同時，SUMOstar 本身只能被對應的工程化 SUMOstar 蛋白酶特異性切割。 在昆蟲細胞系統(tǒng)中（如 Sf9 細胞 / Baculovirus 系統(tǒng)），SUMOstar–GFP 融合顯著提升了融合蛋白表達水平，并且?guī)缀醪粫粌仍葱缘鞍酌盖谐?，與普通 SUMO–GFP 融合相比效果更優(yōu) 。 這些理性設計使得 SUMOstar 成為一個適用于真核系統(tǒng)（包括昆蟲細胞、哺乳動物細胞等）的高效融合標簽。 |
2.產業(yè)化與平臺整合
未來可望開發(fā)出適用于更廣表達系統(tǒng)（包括真核和原核）的“通用SUMO-tag + 配套蛋白酶”商業(yè)平臺，進一步提高表達效率、可溶性控制與后續(xù)純化便捷性。
參考文獻
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維基百科. SUMO protein [EB/OL]. (最后更新日期: 2025-06-15) [引用日期: 2025-08-09].https://en.wikipedia.org/wiki/SUMO_protein
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Malakhov MV, Butt TR et. Fusion to SUMO enhances recombinant protein expression in E. coli.（2004–2005）Panavas T, Sanders C, Butt TR. SUMO fusion technology for enhanced protein production in prokaryotic and eukaryotic expression systems. Methods Mol Biol. 2009.
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Park, S.-C., Kim, J.-Y., Jeong, C., Lee, J. K., & Hahm, K.-S. (2019). Construction of a novel vector for efficient expression and purification of antimicrobial peptide Abaecin using SUMO fusion in Escherichia coli. BMC Biotechnology, 19(1), 10. https://doi.org/10.1186/s12896-019-0506-x
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