"Апоптотическая протеаза растений фитаспаза: гомологичные и гетерологичные белки-мишени"

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-14-10043

Название"Апоптотическая протеаза растений фитаспаза: гомологичные и гетерологичные белки-мишени"

Руководитель Вартапетян Андрей Борисович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-202 - Протеомика; структура и функции белков

Ключевые слова Протеолитические ферменты, растения, стресс, программированная клеточная смерть, протеолиз, абсцизовая кислота, транскрипционный фактор, пептидные гормоны, фитаспаза

Код ГРНТИ34.15.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Программированная клеточная смерть (ПКС) является фундаментальным биологическим процессом, с помощью которого многоклеточные организмы удаляют избыточные и поврежденные клетки. У животных ключевую роль в осуществлении программированной гибели (апоптоза) играют цистеиновые протеазы – каспазы, вносящие единичные разрывы в молекулы ограниченного числа клеточных белков после остатка аспарагиновой кислоты, находящегося в определенном контексте. ПКС у растений изучена значительно хуже, чем у животных. Известно, что у растений нет каспаз, но их роль могут играть открытые нами протеазы – фитаспазы (растительные аспартат-специфичные протеазы). Фитаспазы важны для осуществления ПКС у растений, вызванной биотическими и абиотическими стрессами, и обладают сходной с каспазами субстратной специфичностью и высокой избирательностью. При этом фитаспазы по своей структуре совершенно не похожи на каспазы и являются сериновыми протеазами. Для выяснения механизма ПКС у растений, происходящей с участием фитаспаз, необходимо знать, какие растительные (гомологичные) белки являются мишенями фитаспаз, и почему их фрагментация фитаспазами приводит к направленной гибели клеток. Недавно мы установили, что фитаспаза растения Arabidopsis thaliana способна гидролизовать in vitro транскрипционный фактор ABI3 – центральный регулятор сигнального пути у растений, индуцируемого фитогормоном абсцизовой кислотой. Абсцизовая кислота отвечает за адаптацию и выживание растений в условиях разнообразных стрессов. Мы думаем, что гидролиз транскрипционного фактора ABI3 фитаспазой нарушает функционирование данного сигнального пути, делая растения более уязвимыми к стрессовым воздействиям. Чтобы экспериментально проверить эту модель, мы планируем: - выявить фрагментацию транскрипционного фактора ABI3 in vivo и подтвердить роль фитаспазы в этом процессе; - выяснить, в каких условиях транскрипционный фактор ABI3 и фитаспаза могут найти друг друга в клетке; - установить, на экспрессию каких генов A. thaliana влияет фитаспаза, и какое значение имеет гидролиз белка ABI3 фитаспазой для функционирования сигнального пути, индуцируемого абсцизовой кислотой и приводящего к адаптации растений к стрессам. Эти данные могут позволить по-новому взглянуть на то, как у растений осуществляется баланс между жизнью и смертью. Помимо растительных (гомологичных) белков-мишеней, фитаспаза, попадая в организм человека и животных в составе растительной пищи, может иметь возможность гидролизовать белки животных (гетерологичные белки-мишени). Недавно мы показали, что фитаспаза способна in vitro гидролизовать и инактивировать пептидные гормоны человека гастрин и холецистокинин. Инактивация избыточного уровня этих пептидных гормонов востребована при многих патологических состояниях: язвенная болезнь, гастриты, онкологические заболевания желудочно-кишечного тракта, психиатрические расстройства. Поэтому мы хотим выяснить, способна ли фитаспаза, поступающая с пищей, гидролизовать эти пептидные гормоны в организме животных и таким образом регулировать уровень их активности. Для ответа на этот вопрос мы планируем: - выявить съедобные растения с максимальным уровнем активности фитаспазы; - выделить, охарактеризовать и идентифицировать фитаспазы, обладающие максимальной активностью в отношении пептидных гормонов человека; - исследовать способность фитаспазы, поступающей с растительной пищей, гидролизовать пептидные гормоны (на примере гастрина) и регулировать опосредованные ими реакции (на примере холецистокинина). Эти исследования должны позволить установить, возможно ли с помощью приема богатой фитаспазой растительной пищи регулировать активность пептидных гормонов человека и животных без применения лекарственных препаратов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Рейхардт С., Реппер Д., Тужиков А.И., Галиуллина Р.А., Планас-Маркес М., Чичкова Н.В., Вартапетян А.Б., Стинтци А., Шаллер А. The tomato subtilase family includes several cell death-related proteinases with caspase specificity. Scientific Reports, 8(1), 10531 (год публикации - 2018)
10.1038/s41598-018-28769-0

2. Галиуллина Р.А., Серебрякова М.В., Вартапетян А.Б., Чичкова Н.В. Phytaspase activity levels in edible plants: champions and outsiders. FEBS OPEN BIO, 8, 159 (год публикации - 2018)
10.1002/2211-5463.12453

3. Трусова С.В., Волик П.И., Чичкова Н.В., Вартапетян А.Б. Abscisic acid-induced re-localization of phytaspase. FEBS Open Bio, 8, 411-412 (год публикации - 2018)
10.1002/2211-5463.12453

4. Трусова С.В., Чичкова Н.В., Вартапетян А.Б. Sometimes they come back: endocytosis provides localization dynamics of a subtilase in cells committed to cell death. Journal of Experimental Botany (год публикации - 2018)

5. Теплова А.Д. Секретируемые флуоресцентные белки для изучения динамичной локализации фитаспазы. Сборник тезисов Студенческого Биохимического Форума (год публикации - 2018)

6. Трусова С.В., Теплова А.Д., Голышев С.А., Галиуллина Р.А., Морозова Е.А., Чичкова Н.В., Вартапетян А.Б. Clathrin-mediated endocytosis delivers proteolytically active phytaspases into plant cells. Frontiers in Plant Science, 10:83 (год публикации - 2019)
10.3389/fpls.2019.00873

7. Шаллер А., Стинтци А., Ривас С., Серрано И., Чичкова Н.В., Вартапетян А.Б., Мартинез Д., Гуамет Д.Д., Суэлдо Д.Д., ван дер Хорн Р.А.Л., Рамирез В., Вера П. From structure to function – a family portrait of plant subtilases. New Phytologist (год публикации - 2017)
10.1111/nph.14582

8. Чичкова Н.В., Галиуллина Р.А., Мочалова Л.В., Трусова С.В., Собри З.М., Галлуа П., Вартапетян А.Б. Arabidopsis thaliana phytaspase: identification and peculiar properties. Functional Plant Biology (год публикации - 2017)
10.1071/FP16321

9. Белошистов Р.Е., Дрейзлер К., Галиуллина Р.А., Тужиков А.И., Серебрякова М.В., Рейнхардт С., Шоу Д., Тальянский М.Э., Пфанстил Д., Чичкова Н.В., Стинтци А., Шаллер А., Вартапетян А.Б. Phytaspase-mediated precursor processing and maturation of the wound hormone systemin. New Phytologist (год публикации - 2017)
10.1111/nph.14568

Публикации