Отдел химии и биохимии нуклеопротеидов
Руководитель: Вартапетян Андрей Борисович
Отдел химии и биохимии нуклеопротеидов организован в 1969 г.; его первым руководителем был академик А.А.Богданов; с 2003 г. отдел возглавляет проф. А.Б.Вартапетян.
Основные направления исследований
Отдел проводит исследования молекулярных механизмов программированной клеточной смерти у растений и роли апоптотических протеаз растений в этом процессе. Изучается взаимосвязь процессов пролиферации, апоптоза и ответа на стресс в клетках млекопитающих. Ведутся исследования механизмов инициации трансляции и ее регуляции в клетках млекопитающих, включая «неканоническую» (кэп-независмую) инициацию трансляции вирусных мРНК. Исследуются фундаментальные и биотехнологические аспекты взаимодействия растения и патогена, а также сигнальные функции метанола в жизни растений, животных и человека.
Основные научные результаты
1) В области изучения механизмов трансляции
Впервые установлено, что мРНК делает U-поворот, когда она проходит через рибосому (Evstafieva et al., 1983); предложен новый in vitro метод для расшифровки механизмов инициации трансляции в клетках млекопитающих с использованием индивидуальных очищенных компонентов аппарата трансляции (Pestova et al., 1996; 2001); выяснены механизмы Внутренней Инициации Трансляции, которые используются геномными РНК пикорнавирусов. Обнаружено, что РНК вируса гепатита С может использовать упрощенный, подобный бактериальному, способ инициации трансляции и может обходиться без “обязательного” инициирующего фактора eIF2 (Pestova et al., 1998; Terenin et al., 2008); открыт новый фактор трансляции, получивший название eIF2D, который в отличие от всех известных факторов трансляции, приносящих тРНК, не зависит от гуанозинтрифосфата (Dmitriev et al., 2010); показано, что РНК полиовируса образует высоко специфичный комплекс с глицил-тРНК синтетазой (Andreev et al., 2011). Это взаимодействие необходимо для активации инициации трансляции на этих вирусных РНК.
2) В области изучения механизмов программированной клеточной смерти растений
Программированная клеточная смерть (ПКС) у животных и растений имеет как общие черты, так и существенные различия. У растений нет каспаз – протеолитических ферментов, играющих ключевую роль в апоптозе у животных. Мы идентифицировали протеазы растений, которые можно рассматривать как функциональные аналоги каспаз, и дали им название «фитаспазы» (Chichkova et al., Plant Cell 2004; EMBO J. 2010). Фитаспазы обладают сходной с каспазами аспартатной специфичностью, такой же высокой избирательностью гидролиза (Galiullina et al., J. Biol. Chem. 2015), и также участвуют в осуществлении ПКС (Chichkova et al., EMBO J. 2010). Однако структурно фитаспазы (субтилизин-подобные протеазы растений) совершенно не похожи на каспазы животных. Но самое удивительное отличие фитаспаз заключается в их динамичной локализации, основанной на везикулярном транспорте. Процессинг белков-предшественников фитаспаз сопровождается активацией фермента и его секрецией из клетки (Chichkova et al., EMBO J. 2010). Однако при индукции ПКС фитаспазы возвращаются извне в подвергнутые стрессам клетки растения, используя механизм клатрин-зависимого эндоцитоза (Trusova et al., J. Exp. Bot. 2019). Мы идентифицировали несколько белков-мишеней фитаспаз. Эти исследования показали, что, помимо участия в осуществлении ПКС, фитаспазы выполняют и другие функции. Так, например, фитаспазы участвуют в функционировании защитного сигнального пути при поранении растений. Роль фитаспаз заключается в процессинге белка-предшественника растительного гормона системина с образованием активного гормона (Beloshistov et al., New Phytol. 2018). Фитаспазы, таким образом, являются многофункциональными ферментами.
3) В области исследования регуляторных белков животных
Обнаружено, что при апоптозе ядерный белок человека протимозин α подвергается фрагментации каспазой-3 (Evstafieva et al., 2000). Расшифрован молекулярный механизм участия протимозина α в защите клеток от окислительного стресса (Karapetian et al., 2005). Предложена модель усиления р53-регулируемой транскрипции протимозином α (Захарова с соавт., 2011). Показано, что причиной активации опухолевого супрессора р53 при ингибировании III комплекса дыхательной цепи митохондрий является нарушение биосинтеза пиримидинов вследствие ингибирования митохондриального фермента дигидрооротат дегидрогеназы (Khutornenko et al., 2010). Охарактеризована танкираза-2 человека.
4) В области изучения механизмов межклеточного транспорта растительных вирусов и физиологии растительной клетки
Cформулирована идея невирионной транспортной формы распространения вирусной инфекции в растениях (Dorokhov et al., 1981). Идентифицирована пектинметилэстераза в качестве клеточного рецептора транспортного белка ВТМ (Dorokhov et al., 1999). Выявлена универсальная сигнальная функция метанола в жизни растений, животных и человека (Dorokhov et al., 2012a,b).
Педагогическая деятельность
На базе отдела функционирует Научно-образовательный центр «Физико-химическая и молекулярная биология».
Сотрудники отдела читают лекционный курс «Генная инженерия» и проводят практикум по генной инженерии для студентов Факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ.
В лабораториях отдела выполняются курсовые, дипломные и диссертационные работы студентами и аспирантами Факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ.
Грантовая поддержка
Государственные премии СССР и РФ (И.Н.Шатский, 1986; Ю.Л.Дорохов, 1994), премия Ленинского комсомола (А.Б.Вартапетян, 1982), премии Европейской академии (С.Е.Дмитриев, 2005; Д.Е.Андреев, 2007; И.М.Теренин, 2009), медаль Российской академии наук для молодых ученых (С.Е.Дмитриев, 2008), премия имени А.Н. Белозерского РАН (И.Н. Шатский, 2010)
Основные направления исследований
Отдел проводит исследования молекулярных механизмов программированной клеточной смерти у растений и роли апоптотических протеаз растений в этом процессе. Изучается взаимосвязь процессов пролиферации, апоптоза и ответа на стресс в клетках млекопитающих. Ведутся исследования механизмов инициации трансляции и ее регуляции в клетках млекопитающих, включая «неканоническую» (кэп-независмую) инициацию трансляции вирусных мРНК. Исследуются фундаментальные и биотехнологические аспекты взаимодействия растения и патогена, а также сигнальные функции метанола в жизни растений, животных и человека.
Основные научные результаты
1) В области изучения механизмов трансляции
Впервые установлено, что мРНК делает U-поворот, когда она проходит через рибосому (Evstafieva et al., 1983); предложен новый in vitro метод для расшифровки механизмов инициации трансляции в клетках млекопитающих с использованием индивидуальных очищенных компонентов аппарата трансляции (Pestova et al., 1996; 2001); выяснены механизмы Внутренней Инициации Трансляции, которые используются геномными РНК пикорнавирусов. Обнаружено, что РНК вируса гепатита С может использовать упрощенный, подобный бактериальному, способ инициации трансляции и может обходиться без “обязательного” инициирующего фактора eIF2 (Pestova et al., 1998; Terenin et al., 2008); открыт новый фактор трансляции, получивший название eIF2D, который в отличие от всех известных факторов трансляции, приносящих тРНК, не зависит от гуанозинтрифосфата (Dmitriev et al., 2010); показано, что РНК полиовируса образует высоко специфичный комплекс с глицил-тРНК синтетазой (Andreev et al., 2011). Это взаимодействие необходимо для активации инициации трансляции на этих вирусных РНК.
2) В области изучения механизмов программированной клеточной смерти растений
Программированная клеточная смерть (ПКС) у животных и растений имеет как общие черты, так и существенные различия. У растений нет каспаз – протеолитических ферментов, играющих ключевую роль в апоптозе у животных. Мы идентифицировали протеазы растений, которые можно рассматривать как функциональные аналоги каспаз, и дали им название «фитаспазы» (Chichkova et al., Plant Cell 2004; EMBO J. 2010). Фитаспазы обладают сходной с каспазами аспартатной специфичностью, такой же высокой избирательностью гидролиза (Galiullina et al., J. Biol. Chem. 2015), и также участвуют в осуществлении ПКС (Chichkova et al., EMBO J. 2010). Однако структурно фитаспазы (субтилизин-подобные протеазы растений) совершенно не похожи на каспазы животных. Но самое удивительное отличие фитаспаз заключается в их динамичной локализации, основанной на везикулярном транспорте. Процессинг белков-предшественников фитаспаз сопровождается активацией фермента и его секрецией из клетки (Chichkova et al., EMBO J. 2010). Однако при индукции ПКС фитаспазы возвращаются извне в подвергнутые стрессам клетки растения, используя механизм клатрин-зависимого эндоцитоза (Trusova et al., J. Exp. Bot. 2019). Мы идентифицировали несколько белков-мишеней фитаспаз. Эти исследования показали, что, помимо участия в осуществлении ПКС, фитаспазы выполняют и другие функции. Так, например, фитаспазы участвуют в функционировании защитного сигнального пути при поранении растений. Роль фитаспаз заключается в процессинге белка-предшественника растительного гормона системина с образованием активного гормона (Beloshistov et al., New Phytol. 2018). Фитаспазы, таким образом, являются многофункциональными ферментами.
3) В области исследования регуляторных белков животных
Обнаружено, что при апоптозе ядерный белок человека протимозин α подвергается фрагментации каспазой-3 (Evstafieva et al., 2000). Расшифрован молекулярный механизм участия протимозина α в защите клеток от окислительного стресса (Karapetian et al., 2005). Предложена модель усиления р53-регулируемой транскрипции протимозином α (Захарова с соавт., 2011). Показано, что причиной активации опухолевого супрессора р53 при ингибировании III комплекса дыхательной цепи митохондрий является нарушение биосинтеза пиримидинов вследствие ингибирования митохондриального фермента дигидрооротат дегидрогеназы (Khutornenko et al., 2010). Охарактеризована танкираза-2 человека.
4) В области изучения механизмов межклеточного транспорта растительных вирусов и физиологии растительной клетки
Cформулирована идея невирионной транспортной формы распространения вирусной инфекции в растениях (Dorokhov et al., 1981). Идентифицирована пектинметилэстераза в качестве клеточного рецептора транспортного белка ВТМ (Dorokhov et al., 1999). Выявлена универсальная сигнальная функция метанола в жизни растений, животных и человека (Dorokhov et al., 2012a,b).
Педагогическая деятельность
На базе отдела функционирует Научно-образовательный центр «Физико-химическая и молекулярная биология».
Сотрудники отдела читают лекционный курс «Генная инженерия» и проводят практикум по генной инженерии для студентов Факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ.
В лабораториях отдела выполняются курсовые, дипломные и диссертационные работы студентами и аспирантами Факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ.
Грантовая поддержка
- Гранты РФФИ и РНФ;
- гранты Президента РФ молодым российским ученым;
- грант правительства г. Москвы;
- государственные контракты Министерства образования и науки РФ;
- грант Королевского общества (Великобритания);
- гранты Bayer Innovation GmbH (Германия).
Государственные премии СССР и РФ (И.Н.Шатский, 1986; Ю.Л.Дорохов, 1994), премия Ленинского комсомола (А.Б.Вартапетян, 1982), премии Европейской академии (С.Е.Дмитриев, 2005; Д.Е.Андреев, 2007; И.М.Теренин, 2009), медаль Российской академии наук для молодых ученых (С.Е.Дмитриев, 2008), премия имени А.Н. Белозерского РАН (И.Н. Шатский, 2010)
Статьи
- Andreev Dmitry E., Shatsky Ivan N.(2025) A Portrait of Three Mammalian Bicistronic mRNA Transcripts, Derived from the Genes ASNSD1, SLC35A4, and MIEF1. Biochemistry (Moscow), >>
- Loughran Gary, Andreev Dmitry E., Terenin Ilya M., Namy Olivier, Mikl Martin, Yordanova Martina M., McManus C.Joel, Firth Andrew E., Atkins John F., Fraser Christopher S., Ignatova Zoya, Iwasaki Shintaro, Kufel Joanna, Larsson Ola, Leidel Sebastian A., Ma(2025) Guidelines for minimal reporting requirements, design and interpretation of experiments involving the use of eukaryotic dual gene expression reporters (MINDR). Nature Structural and Molecular Biology, >>
- Rubtsova Maria, Mokrushina Yuliana, Andreev Dmitry, Poteshnova Maria, Shepelev Nikita, Koryagina Mariya, Moiseeva Ekaterina, Malabuiok Diana, Prokopenko Yury, Terekhov Stanislav, Chernov Aleksander, Vodovozova Elena, Smirnov Ivan, Dontsova Olga, Gabibov A(2025) A Luciferase-Based Approach for Functional Screening of 5′ and 3′ Untranslated Regions of the mRNA Component for mRNA Vaccines. VACCINES, >>
- 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, >>
- Lezzhov Alexander A., Atabekova Anastasia K., Chergintsev Denis A., Lazareva Ekaterina A., Solovyev Andrey G., Morozov Sergey Y.(2025) Viroids and Retrozymes: Plant Circular RNAs Capable of Autonomous Replication. Plants, >>
- Lezzhov Alexander A., Atabekova Anastasia K., Chergintsev Denis A., Solovyev Andrey G., Morozov Sergey Y.(2025) Expression of the Nicotiana benthamiana Retrozyme 1 (NbRZ1) Genomic Locus. Plants, >>
- Andreev Dmitri E., Tierney Jack A.S., Baranov Pavel V.(2024) Translation Complex Profile Sequencing Allows Discrimination of Leaky Scanning and Reinitiation in Upstream Open Reading Frame-controlled Translation. Journal of Molecular Biology, >>
- Atabekova Anastasia K., Lazareva Ekaterina A., Lezzhov Alexander A., Golyshev Sergei A., Skulachev Boris I., Morozov Sergey Y., Solovyev Andrey G.(2024) Defense Responses Induced by Viral Movement Protein and Its Nuclear Localization Modulate Virus Cell-to-Cell Transport. Plants, >>
- 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, >>
- Хатьков И.Е., Абдулхаков С.Р., Алексеенко С.А., Амелина И.Д., Андреев Д.Н., Артамонова Е.В., Бакулина Н.В., Бесова Н.С.(2023) Российский консенсус по диагностике, лечению и профилактике рака желудка. Злокачественные опухоли, >>
- Shestakova Ekaterina D., Tumbinsky Roman S., Andreev Dmitri E., Rozov Fedor N., Shatsky Ivan N., Terenin Ilya M.(2023) The Roles of eIF4G2 in Leaky Scanning and Reinitiation on the Human Dual-Coding POLG mRNA. 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, >>
- Atabekova Anastasia K., Golyshev Sergei A., Lezzhov Alexander A., Skulachev Boris I., Moiseenko Andrey V., Yastrebova Daria M., Andrianova Nadezda V., Solovyev Ilya D., Savitsky Alexander P., Morozov Sergey Y., Solovyev Andrey G.(2023) Fine Structure of Plasmodesmata-Associated Membrane Bodies Formed by Viral Movement Protein. Plants, >>
- Chergintsev Denis A., Solovieva Anna D., Atabekova Anastasia K., Lezzhov Alexander A., Golyshev Sergei A., Morozov Sergey Y., Solovyev Andrey G.(2023) Properties of Plant Virus Protein Encoded by the 5′-Proximal Gene of Tetra-Cistron Movement Block. International Journal of Molecular Sciences, >>
- Atabekova Anastasia K., Solovieva Anna D., Chergintsev Denis A., Solovyev Andrey G., Morozov Sergey Y.(2023) Role of Plant Virus Movement Proteins in Suppression of Host RNAi Defense. International Journal of Molecular Sciences, >>
- Shestakova Ekaterina D., Smirnova Victoria V., Shatsky Ivan N., Terenin Ilya M.(2023) Specific Mechanisms of Translation Initiation in Higher Eukaryotes: The eIF4G2 Story. RNA, >>
- Uchenunu Oro, Zhdanov Alexander V., Hutton Phillipe, Jovanovic Predrag, Wang Ye, Andreev Dmitry E., Hulea Laura, Papadopoli David J., Avizonis Daina, Baranov Pavel V., Pollak Michael N., Papkovsky Dmitri B., Topisirovic Ivan(2022) Mitochondrial complex IV defects induce metabolic and signaling perturbations that expose potential vulnerabilities in HCT116 cells. FEBS open bio, >>
- Andreev Dmitry E., Loughran Gary, Fedorova Alla D., Mikhaylova Maria S., Shatsky Ivan N., Baranov Pavel V.(2022) Non-AUG translation initiation in mammals. Genome Biology, >>
- Zhdanov Alexander V., Golubeva Anna V., Yordanova Martina M., Andreev Dmitry E., Ventura-Silva Ana Paula, Schellekens Harriet, Baranov Pavel V., Cryan John F., Papkovsky Dmitri B.(2022) Ghrelin rapidly elevates protein synthesis in vitro by employing the rpS6K-eEF2K-eEF2 signalling axis. Cellular and Molecular Life Sciences, >>
- Fedorova Alla D., Kiniry Stephen J., Andreev Dmitry E., Mudge Jonathan M., Baranov Pavel V.(2022) Thousands of human non-AUG extended proteoforms lack evidence of evolutionary selection among mammals. Nature communications, >>
- Andreev Dmitry E., Niepmann Michael, Shatsky Ivan N.(2022) Elusive Trans-Acting Factors Which Operate with Type I (Poliovirus-like) IRES Elements. International Journal of Molecular Sciences, >>
- Larionova Tatyana D., Bastola Soniya, Aksinina Tatiana E., Anufrieva Ksenia S., Wang Jia, Shender Victoria O., Andreev Dmitriy E., Kovalenko Tatiana F., Arapidi Georgij P., Shnaider Polina V., Kazakova Anastasia N., Latyshev Yaroslav A., Tatarskiy Victor (2022) Alternative RNA splicing modulates ribosomal composition and determines the spatial phenotype of glioblastoma cells. Nature Cell Biology, >>
- Fedorova Alla D., Kiniry Stephen J., Andreev Dmitry E., Mudge Jonathan M., Baranov Pavel V.(2022) Thousands of human non-AUG extended proteoforms lack evidence of evolutionary selection among mammals. Nature communications, >>
- Andreev DE, Loughran G., Fedorova AD, Mikhaylova MS, Shatsky IN, Baranov PV(2022) Non-AUG translation initiation in mammals. Genome Biology, >>
- Atabekova Anastasia K., Lazareva Ekaterina A., Lezzhov Alexander A., Solovieva Anna D., Golyshev Sergei A., Skulachev Boris I., Solovyev Ilya D., Savitsky Alexander P., Heinlein Manfred, Morozov Sergey Y., Solovyev Andrey G.(2022) Interaction between Movement Proteins of Hibiscus green spot virus. Viruses-Basel, >>
- Lezzhov Alexander A., Morozov Sergey Y., Tolstyko Eugene A., Atabekova Anastasia K., Chergintsev Denis A., Solovyev Andrey G.(2022) In-Plant Persistence and Systemic Transport of Nicotiana benthamiana Retrozyme RNA. International Journal of Molecular Sciences, >>
- Solovyev Andrey G., Atabekova Anastasia K., Lezzhov Alexander A., Solovieva Anna D., Chergintsev Denis A., Morozov Sergey Y.(2022) Distinct Mechanisms of Endomembrane Reorganization Determine Dissimilar Transport Pathways in Plant RNA Viruses. Plants, >>
- Lazareva Ekaterina A., Atabekova Anastasia K., Lezzhov Alexander A., Morozov Sergey Y., Heinlein Manfred, Solovyev Andrey G.(2022) Virus Genome-Based Reporter for Analyzing Viral Movement Proteins and Plasmodesmata Permeability. Methods in molecular biology (Clifton, N.J.), >>
- Smirnova Victoria V., Shestakova Ekaterina D., Nogina Daria S., Mishchenko Polina A., Prikazchikova Tatiana A., Zatsepin Timofei S., Kulakovskiy Ivan V., Shatsky Ivan N., Terenin Ilya M.(2022) Ribosomal leaky scanning through a translated uORF requires eIF4G2. Nucleic Acids Research, >>
- Andreev D.E., Baranov P.V., Milogorodskii A., Rachinskii D.(2021) A deterministic model for non-monotone relationship between translation of upstream and downstream open reading frames. Mathematical Medicine and Biology, >>
- Andreev Dmitry E., Smirnova Victoriya V., Shatsky Ivan N.(2021) Modifications of Ribosome Profiling that Provide New Data on the Translation Regulation. Biochemistry (Moscow), 86, №9, 1095-1106, 2021 DOI: 10.1134/S0006297921090054. Biochemistry (Moscow), >>
- 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, >>