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SUMO是一种新的类泛素蛋白家族成员。它能共价修饰许多蛋白质，并调节这些靶蛋白的功能和定位。和泛素Ubiquitin修饰类似，SUMO修饰是一个动态的过程，即由SUMO修饰所特异的E1，E2和E3酶来催化，可逆反应则由一组被称为SENP的SUMO特异性蛋白酶来完成。至今已鉴定了6个存在于人细胞中的SENP家族成员，每一个成员具有不同的细胞内定位和底物特异性。虽然对其生化特性进行了大量研究，但SENP在参与的细胞生命活动过程中的作用并未十分了解。本课题从分析SENP1和SENP2基因敲除小鼠的表现型入手，鉴定了SENP作用的靶分子，从而探索SUMO修饰与SENP介导的去SUMO修饰参与的细胞生命活动过程的分子机制和生物学意义。本研究主要内容如下：
⑴SENP1在低氧条件下调节低氧诱导因子1(HIF1α)稳定性的作用及分子机制。在我们对SENP1基因敲除小鼠的分析中发现，SENP1对低氧条件下HIF1α调节促红细胞生成素(EPO)的产生是必须的。进一步分析证实SENP1通过特异的去除低氧所诱导的HIF1αSUMO修饰，从而保持其在低氧条件下的稳定。我们还发现SUMO修饰能使HIF1α与泛素化E3连接酶VonHippel-Lindau(VHL)蛋白结合，从而导致HIF1α的泛素化并通过蛋白酶体途径降解，这是在国际上首次报道了SUMO修饰能促进靶蛋白的泛素—蛋白酶体途径降解这一新的概念1，2。
⑵PIASy在低氧诱导的HIFla SUMO修饰中的作用与分子机制。低氧可诱导HIF1α发生SUMO修饰。通过应用功能筛选策略，我们确定了SUMO E3连接酶PIASy(protein inhibitor of the activator of STATy)参与了低氧诱导HIF1α SUMO修饰的过程。进一步分析发现缺氧能诱导PIASy和HIF1α间的相互结合，PIASy进而促进HIF1α的SUMO修饰。
⑶SENP2负调控PcG活性的作用与分子机制。我们通过对SENP2基因敲除小鼠的分析发现，SENP2是Gata4/Gata6等PcG靶基因的表达所必须的。进一步发现SENP2能特异地调节PRC1(Polycomb RepressiveComplex1)中一个介导与组蛋白3第27位赖氨酸三甲基化位点(H3K27me3)相结合的核心成员Pc2的SUMO修饰，从而影响到PRC1募集到PcG靶基因的启动子上和调控PcG靶基因的表达。这种调节的分子基础便是Pc2的SUMO修饰能促进PRC1复合体与H3K27me3结合，SENP2正是通过特异性地调节Pc2的SUMO化修饰，调节PRC1与H3K27me3的结合，来实行对PcG靶基因表达的负调控。