Лаборатория молекулярной биологии гена
Отдел химии и биохимии нуклеопротеидов
Руководитель: Вартапетян Андрей Борисович
Группа под руководством д.х.н. Н.В.Чичковой идентифицировала фитаспазы (растительные аспартат-специфичные протеазы) – протеолитические ферменты, участвующие в осуществлении программированной клеточной смерти растений (ПКС) (Chichkova et al., Plant Cell, 2004; EMBO J., 2010). Фитаспазы обладают высокой избирательностью и строгой аспартатной субстратной специфичностью гидролиза (Galiullina et al., J. Biol. Chem. 2015). Активность фитаспаз проявляется в клетках растений при индукции ПКС. Искусственное повышение уровня фитаспаз в трансгенных растениях значительно усиливает гибель клеток в ответ на биотические и абиотические стрессы, а снижение уровня активности фитаспаз подавляет развитие ПКС (Chichkova et al., EMBO J. 2010; Vartapetian et al., Cell Death Differ. 2011; Chichkova et al., Physiol. Plant. 2012). Фитаспазы, таким образом, можно рассматривать как функциональные аналоги каспаз (апоптотических протеаз) животных.
Фитаспазы относятся к субтилизин-подобным (сериновым) протеазам и, таким образом, в структурном отношении принципиально отличаются от каспаз. Фитаспазы синтезируются в виде неактивного белка-предшественника, и их активация происходит конститутивно путем автокаталитического процессинга профермента. В здоровых тканях растений фитаспаза секретируется из клеток и накапливается в межклеточной жидкости (апопласте). Это позволяет изолировать активный протеолитический фермент от внутриклеточных белков-мишеней и избежать несанкционированной гибели клеток. При индукции клеточной смерти фитаспаза возвращается из апопласта внутрь умирающей клетки, получая доступ к внутриклеточным белкам (Chichkova et al., EMBO J., 2010). Этот ‘ретроградный’ транспорт фитаспаз осуществляется с помощью клатрин-зависимого эндоцитоза (Trusova et al., J. Exp. Bot. 2019) и не имеет прецедента среди протеолитических ферментов растений.
Помимо участия в осуществлении ПКС, фитаспазы имеют и другие функции в растительной клетке. Так, участие фитаспаз в защитном ответе растений на поранение заключается в процессинге белка-предшественника гормона растений системина. В результате осуществляемого фитаспазами процессинга образуется активный пептидный гормон, способный индуцировать системный защитный ответ растения на поранение (Beloshistov et al., New Phytol. 2018).
Группа сотрудничает с лабораториями:
Фитаспазы относятся к субтилизин-подобным (сериновым) протеазам и, таким образом, в структурном отношении принципиально отличаются от каспаз. Фитаспазы синтезируются в виде неактивного белка-предшественника, и их активация происходит конститутивно путем автокаталитического процессинга профермента. В здоровых тканях растений фитаспаза секретируется из клеток и накапливается в межклеточной жидкости (апопласте). Это позволяет изолировать активный протеолитический фермент от внутриклеточных белков-мишеней и избежать несанкционированной гибели клеток. При индукции клеточной смерти фитаспаза возвращается из апопласта внутрь умирающей клетки, получая доступ к внутриклеточным белкам (Chichkova et al., EMBO J., 2010). Этот ‘ретроградный’ транспорт фитаспаз осуществляется с помощью клатрин-зависимого эндоцитоза (Trusova et al., J. Exp. Bot. 2019) и не имеет прецедента среди протеолитических ферментов растений.
Помимо участия в осуществлении ПКС, фитаспазы имеют и другие функции в растительной клетке. Так, участие фитаспаз в защитном ответе растений на поранение заключается в процессинге белка-предшественника гормона растений системина. В результате осуществляемого фитаспазами процессинга образуется активный пептидный гормон, способный индуцировать системный защитный ответ растения на поранение (Beloshistov et al., New Phytol. 2018).
Группа сотрудничает с лабораториями:
- Michael Taliansky (The James Hutton Institute, Великобритания),
- Andreas Schaller (University of Hohenheim, Германия),
- Marcin Drag (Wroclaw University of Technology, Poland),
- Patrick Gallois (University of Manchester, UK).
Статьи
- Galiullina R.A., Pigidanov A.A., Safronov G.G., Trusova S.V., Teplova A.D., Golyshev S.A., Serebryakova M.V., Kovaleva I.E., Litvinova A.V., Chichkova N.V., Vartapetian A.B.(2025) Retrograde transport of tobacco phytaspase is mediated by its partner, Tubby-like F-box protein 8. International Journal of Molecular Sciences, >>
- Galiullina R.A., Chichkova N.V., Safronov G.G., Vartapetian A.B.(2023) Characterization of Phytaspase Proteolytic Activity Using Fluorogenic Peptide Substrates. Methods in molecular biology (Clifton, N.J.), >>
- Galiullina R.A., Dyugay I.A., Vartapetian A.B., Chichkova N.V.(2023) Purification of Phytaspases Using a Biotinylated Peptide Inhibitor. Methods in molecular biology (Clifton, N.J.), >>
- Teplova Anastasia D., Pigidanov Artemii A., Serebryakova Marina V., Golyshev Sergei A., Galiullina Raisa A., Chichkova Nina V., Vartapetian Andrey B.(2023) Phytaspase is Capable of Detaching the Endoplasmic Reticulum Retrieval Signal from Tobacco Calreticulin-3. International Journal of Molecular Sciences, >>
- Teplova A.D., Serebryakova M.V., Galiullina R.A., Chichkova N.V., Vartapetian A.B.(2021) Identification of Phytaspase Interactors via the Proximity-Dependent Biotin-Based Identification Approach. International Journal of Molecular Sciences, >>
- Beloshistov RE, Dreizler K., Galiullina RA, Tuzhikov AI, Serebryakova MV, Reichardt S., Shaw J., Taliansky ME, Pfannstiel J., Chichkova NV, Stintzi A., Schaller A., Vartapetian AB(2018) Phytaspase-mediated precursor processing and maturation of the wound hormone systemin. New Phytologist, >>
- Schaller A., Stintzi A., Rivas S., Serrano I., Chichkova NV, Vartapetian AB, Martinez D., Guiamet JJ, Sueldo DJ, van_der_Hoorn RAL, Ramirez V., Vera P.(2018) From structure to function – a family portrait of plant subtilases. New Phytologist, >>
- Torosian T.A., Barsukova A.I., Chichkova N.V., Vartapetian A.B.(2024) Phytaspase Does Not Require Proteolytic Activity for Its Stress-Induced Internalization. International Journal of Molecular Sciences, >>