SUMO標(biāo)簽的由來(lái)與發(fā)明者
SUMO（Small Ubiquitin-like Modifier）是一類(lèi)與泛素結(jié)構(gòu)相似的翻譯后修飾蛋白，于1996年在酵母中首次被發(fā)現(xiàn)其作用于蛋白的修飾（如 RanGAP1）。研究者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，從酵母到哺乳動(dòng)物，在真核細(xì)胞中廣泛存在SUMO化修飾，這一發(fā)現(xiàn)為SUMO后續(xù)的工具化奠定了基礎(chǔ)。
將SUMO用作融合標(biāo)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(yàn)證其可增強(qiáng)融合蛋白的表達(dá)和可溶性。該技術(shù)后來(lái)被Life Sensors等公司推廣，并于2009年進(jìn)一步系統(tǒng)總結(jié)了SUMO作為融合標(biāo)簽在原核和真核表達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
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SUMO標(biāo)簽成功應(yīng)用案例
rFGF21 的高效表達(dá)與純化
研究用SUMO標(biāo)簽融合 FGF21，表達(dá)于大腸桿菌中，成功顯著提升可溶性——SUMO-FGF21表達(dá)量占總蛋白30%，且可溶性超過(guò)95%。經(jīng)SUMO蛋白酶切除標(biāo)簽后，目標(biāo)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(dá)
為了工業(yè)化表達(dá)抗菌肽 Abaecin，在質(zhì)粒構(gòu)建中使用 6×His-SUMO作為標(biāo)簽，在原核系統(tǒng)（如 E.coli）中表達(dá)，成功提高表達(dá)水平和可溶性，且通過(guò) SUMO Protease（特異性酶）切除標(biāo)簽后，獲得活性片段仍具目標(biāo)功能。
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SUMO 融合標(biāo)簽的優(yōu)勢(shì)
SUMO作為蛋白表達(dá)融合標(biāo)簽具有以下突出優(yōu)勢(shì)：
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增強(qiáng)可溶性與表達(dá)量：SUMO 幫助目標(biāo)蛋白正確折疊、減少聚集，提升可溶性與產(chǎn)量。
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擔(dān)任分子伴侶角色：提供折疊幫助，類(lèi)似分子伴侶功能。
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高度耐受性：對(duì)高溫、蛋白酶等具有良好穩(wěn)定性。
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精準(zhǔn)剪切：SUMO的三級(jí)結(jié)構(gòu)被 SUMO-protease（如Ulp1）識(shí)別，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確切除；相比于TEV、3C等酶無(wú)需留殘基。
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標(biāo)簽分子量小：比 MBP、GST 更輕，降低對(duì)目標(biāo)蛋白功能的干擾。
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SUMO標(biāo)簽的未來(lái)展望
1.工程 SUMO 標(biāo)簽以適應(yīng)真核系統(tǒng)
SUMOstar 是通過(guò)理性突變（如 R64T 和 R71E）構(gòu)建的抗 Ulp1 解旋酶的變體，有望在真核表達(dá)系統(tǒng)（如哺乳動(dòng)物細(xì)胞）中使用，避免被內(nèi)源性 SUMO 蛋白酶切除，可顯著提升哺乳動(dòng)物細(xì)胞中難表達(dá)蛋白的產(chǎn)量。
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SUMOstar 是一種針對(duì)真核表達(dá)系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)優(yōu)化的 SUMO 標(biāo)簽變體，通過(guò)引入關(guān)鍵點(diǎn)突變，使其能夠耐受內(nèi)源性 SUMO 蛋白酶的切割，同時(shí)保留融合蛋白表達(dá)增強(qiáng)與可溶性的優(yōu)勢(shì)。具體內(nèi)容包括： SUMOstar 標(biāo)簽承載了 R64T 和 R17E 兩處關(guān)鍵點(diǎn)突變，這兩處突變位于 Ulp1結(jié)合界面上，可有效破壞與內(nèi)源性 SUMO 蛋白酶的結(jié)合，從而避免在真核細(xì)胞中被切除；同時(shí)，SUMOstar 本身只能被對(duì)應(yīng)的工程化 SUMOstar 蛋白酶特異性切割。 在昆蟲(chóng)細(xì)胞系統(tǒng)中（如 Sf9 細(xì)胞 / Baculovirus 系統(tǒng)），SUMOstar–GFP 融合顯著提升了融合蛋白表達(dá)水平，并且?guī)缀醪粫?huì)被內(nèi)源性蛋白酶切除，與普通 SUMO–GFP 融合相比效果更優(yōu) 。 這些理性設(shè)計(jì)使得 SUMOstar 成為一個(gè)適用于真核系統(tǒng)（包括昆蟲(chóng)細(xì)胞、哺乳動(dòng)物細(xì)胞等）的高效融合標(biāo)簽。 |
2.產(chǎn)業(yè)化與平臺(tái)整合
未來(lái)可望開(kāi)發(fā)出適用于更廣表達(dá)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(tái)，進(jìn)一步提高表達(dá)效率、可溶性控制與后續(xù)純化便捷性。
參考文獻(xiàn)
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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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Yuan, J.-J., Geng, S.-L., Wang, T.-Y., & Zhang, X.-L. (2025). Research progress fusion tags for recombinant protein production. Biotechnology and Applied Biochemistry. Advance online publication. https://doi.org/10.1002/bab.2749