N-гликозилирование растительных белков

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

N-гликозилирование является одной из самых распространенных и наиболее сложной среди пост трансляционных модификаций белков, которая играет ключевую роль в их укладке, контроле качества и деградации, а также оказывает влияние на активность, транспорт, локализацию и взаимодействие с другими белками. Более того, N-гликозилирование модулирует многие важные биологические процессы, включая рост, развитие, морфогенез, и участвует в процессах передачи стрессовых сигналов. При этом если роль N-гликозилирования в целом и функции отдельных N-гликанов на клетках млекопитающих хорошо изучены, исследования этого процесса в растениях значительно отстают. В обзоре обобщена имеющаяся информация о процессе N-гликозилирования белков, описан путь биосинтеза и функции различных N-гликанов в растениях в контексте роста, развития и влияния внешних факторов. Делается акцент на основных моментах, которые необходимо учитывать при исследовании этого процесса в растениях и обсуждаются возможности практического использования полученных знаний для гликоинжиниринга растительных белков.

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Функциональные особенности белков в значительной степени определяются ко-/посттрансляционными модификациями, влияющими на их активность, транспорт, локализацию, взаимодействие с другими белками, что в свою очередь, находит отражение в изменении фенотипа организмов и в их способности адаптироваться к условиям окружающей среды [1, 2]. Регулярно пополняемый список включает более двухсот различных посттрансляционных модификаций белков растений, которые могут быть как широко распространенными, так и редкими, вплоть до уникальных [3]. Считается, что ферментативное гликозилирование (присоединение углеводных фрагментов к молекуле белка) является одной из самых распространенных и при этом наиболее сложной из всех посттрансляционных модификаций. Связанные с белками гликаны представляют собой разнообразные олигосахаридные структуры, синтез которых обеспечивается сложным ферментативным механизмом, опосредуемым, по меньшей мере, более чем 250 генами, охарактеризованными на сегодняшний день [4, 5]. Эта модификация включает О-гликозилирование и N-гликозилирование, в зависимости от типа связи и места присоединения гликана [3]. N-гликаны связываются с цепью белка через амидную связь с остатком аспарагина в мотиве Asn-X-Ser/Thr, где X может быть любой аминокислотой, кроме пролина. Эта аминокислотная последовательность в молекуле белка, по которой происходит присоединение гликанов при N-гликозилировании, получила название секвона. Было показано, что аминокислота в положении X, а также аминокислота, следующая за мотивом Asn-X-Ser/Thr, важна для эффективного N–гликозилирования [6, 7]. О-гликаны в растениях связываются с белками преимущественно через гидроксильную группу гидроксипролина, серина и реже – треонина (рис. 1).

 

Рис. 1. Типы гликозилирования белков растений. Пептидная цепь изображена серым цветом, гликаны – цветными обозначениями. В N-гликозилированных белках гликаны связываются с цепью белка через амидную связь с остатком аспарагина в мотиве Asn-X-Ser/Thr (секвоном). О-гликозилирование белков осуществляется через гидроксильную группу гидроксипролина, серина и реже – треонина.

 

N-связанные гликаны играют весомую роль в функционировании растительных организмов и считаются необходимыми для изменения физико-химических свойств и определения биологических функций белков [5]. Они участвуют в фолдинге белков и регуляции контроля качества в эндоплазматическом ретикулуме, стабилизируют их от денатурации и протеолиза, усиливают растворимость, облегчают ориентацию относительно мембраны, и влияют на их ферментативную активность [8, 9]. Кроме того, N-гликозилирование вовлечено в регуляцию важных биологических процессов, таких как рост, морфогенез и адаптация к различным биотическим и абиотическим стрессам [10–12]. Следовательно, малейшие изменения в ходе процессинга N-гликанов будут определять сценарий развития этих процессов.

Несмотря на очевидную значимость N-гли ко зи лирования в функционировании растительных организмов и отдельные успехи, достигнутые в работах с Arabidopsis thaliana [13, 14] и некоторыми другими растениями, такими как томат (Solanium lycopersium L.) [15], табак (Nicotiana benthamiana Domin) [16, 17], рис (Oryza sativa L.) [18, 19], точное количество гликопротеинов в растениях до сих пор не известно. Более того, для большинства идентифицированных к настоящему времени растительных гликопротеинов не установлена ни структура модифицирующих их N-гликанов, ни число сайтов N-гликозилирования. Недостаток информации во многом связан с тем, что длительное время значительные усилия по исследованию N-гликозилирования были сосредоточены, в основном, на белках млекопитающих с целью выявления функций N-гликанов в физиологии человека в норме и при развитии патологии. Поэтому ключевые этапы гликозилирования белков, а также основные участники данного процесса очень долго рассматривались только в контексте функционирования клеток животных, и исследование этого процесса в других эукариотических организмах значительно отстало. Хотя в последнее время был достигнут заметный прогресс в исследовании процесса N-гликозилирования в растениях, до сих пор еще остается много нерешенных вопросов, касающихся как роли процесса N-гликозилирования в целом, так и значения отдельных гликановых структур для функционирования растительных организмов. Информация, отраженная в большом количестве обзорных [5, 20, 21] и экспериментальных [13–15] статей в этой области, нередко сводится либо к общей констатации значимости данного процесса, либо к описанию отдельно полученных результатов, что в целом создает впечатление фрагментарности знаний о N-гликозилировании белков в растениях.

Целью данного обзора явилось обобщение разрозненных фактов, касающихся процесса N-гликозилирования белков растений, и рассмотрение этих данных в контексте роста, развития и влияния внешних факторов с фокусом на ключевые моменты, которые необходимо учитывать при исследовании этого процесса в растениях и возможности использования полученных знаний для гликоинжиниринга растительных белков.

ЭТАПЫ N-ГЛИКОЗИЛИРОВАНИЯ БЕЛКОВ. ТИПЫ РАСТИТЕЛЬНЫХ N-ГЛИКАНОВ

N-гликозилирование белков – это высококонсервативный процесс, основанный на последовательных и хорошо скоординированных реакциях, которые, в основном, имеют место в эндоплазматическом ретикулуме и аппарате Гольджи [11, 20]. Поэтапная сборка прикрепляемого к белку гликана инициируется на цитоплазматической и продолжается на люменальной поверхности мембраны эндоплазматического ретикулума с помощью множества специфических гликозилтрансфераз (ALG – asparagine-linkedglycosylation) (рис. 2а), что приводит к образованию олигосахаридного предшественника, связанного с долихолфосфатом (Glc3Man9GlcNAc2-PP-Dol). Собственно, процесс N-гликозилирования белков начинается с переноса этого олигосахаридного предшественника с липидного носителя на сайты N-гликозилирования синтезируемых белков с помощью олигосахарилтрансферазного комплекса (OST), распознающего конкретную аминокислотную последовательность (Asn-X-Ser/Thr, где Х – любая аминокислота, кроме пролина). В эндоплазматическом ретикулуме N-гликан последовательно обрезается α-глюкозидазами I и II до моноглюкозидного состояния, что позволяет ему вступить в цикл контроля качества ЭПР, где при связывании с шаперонами эндоплазматического ретикулума – кальнексином (CNX) и кальретикулином (CRT) происходит сворачивание белковой молекулы и распознавание несвернутых или неправильно свернутых белков, которые могут повторно входить в цикл для рефолдинга (рис. 2а). Если это не удается, белки с неправильной укладкой перемещаются для эндоплазматический ретикулум-ассоциированной деградации (ERAD – Endoplasmic Reticulum-Associated Protein Degradation). У правильно свернутого гликопротеина маннозидаза (MNS3), локализованная в эндоплазматическом ретикулуме, удаляет один остаток маннозы, чтобы получить структуру Man8GlcNAc2, способную транспортироваться в аппарат Гольджи. Эта часть биосинтетического пути является одинаковой во всех эукариотических клетках, и конечным результатом этого этапа являются N-гликаны с высоким содержанием маннозы [21].

 

Рис. 2. Схематическое изображение основных этапов процесса N-гликозилирования растений и созревания N-гликанов в эндоплазматическом ретикулуме (а) и аппарате Гольджи (б). Схема составлена с использованием основных этапов и ферментов процессинга на основе материалов, предложенных Nagashima et al. [5] и Strasser [20] с собственными модификациями.

Обозначения: DolP – долихолфосфат; Asn – аспаргин; OST– мультисубъединичный олигосахарилтрансферазный комплекс; CNX – кальнексин; CRT– кальретикулин.

Ферменты, участвующие в формировании N-гликанов: ALG (Asn-linked glycosylation) – ферменты, катализирующие сборку долихолпиррофосфат-связанного олигосахарина; RTF1 – флиппаза; GCSI – α-глюкозидаза I; GCSII – α-глюкозидаза II; MNS3 – α-маннозидаза I эндоплазматического ретикулума; MNS1/2 – α-маннозидаза I аппарата Гольджи; GnTI – N-ацетилглюкозаминилтрансфераза I; GnTII – N-ацетилглюкозаминилтрансфераза II; GMII – α-маннозидаза II аппарата Гольджи; XYLT– β-1,2-ксилозилтрансфераза; FUT11/12 – коровая α-1,3-фукозилтрансфераза; FUT13 – α-1,4-фукозилтрансфераза; GALT1 – β-1,3-галактозилтрансфераза 1; HEXO1 – N-ацетилгексаминозидаза 1; HEXO 3 – N-ацетилгексаминозидаза 3.

 

Покинув эндоплазматический ретикулум, высокоманнозные растительные N-гликаны далее могут быть преобразованы в сложные или гибридные при прохождении из цис-цистерн через медиальные в транс-цистерны аппарата Гольджи (рис. 2б). В это время благодаря действию различных гликозидаз и гликозилтрансфераз происходит удаление остатков маннозы и последовательное добавление специфических углеводных остатков [11, 20]. Сигналом для инициации образования сложных гликанов является присоединение c помощью N-ацетилглюкозаминтрансферазы I (GNTI) хотя бы одного концевого остатка N-глюкозамина (GlcNAc) к α-1,3-маннозной ветви олигосахарида с высоким содержанием маннозы (Man5GlcNAc2). Это является также предпосылкой для последующей модификации, а именно – удаления остатков маннозы и присоединения второго концевого остатка GlcNAc c помощью N-ацетилглюкозаминтрансферазы II (GNTII) на α-1,6-маннозную ветвь. В случае N-гликанов гибридного типа модификации происходят только по α-1,3-маннозной ветви, в то время как α-1,6-маннозная ветвь сохраняет свои остатки маннозы. На этой же стадии может происходить α-1,3-фукозилирование и β-1,2-ксилозилирование корового гликана (Man3GlcNAc2), образуя специфические для растений N-гликаны [20]. Необходимым условием для переноса α-1,3-фукозы и β-1,2-ксилозы является наличие, по крайней мере, одного терминального GlcNAc [23]. Идентификация растительных N-гликанов, содержащих либо α-1,3-фукозу, либо β-1,2-ксилозу показала, что эти две модификации не коррелируют между собой и являются полностью независимыми событиями [22].

Далее часть сложных N-гликанов подвергается модификациям в транс-сети аппарата Гольджи путем прикрепления β-1,3-галактозы и α-1,4-фукозы, что приводит к образованию структур Льюиса А (Lea-type) [24]. Помимо аппарата Гольджи, где они формируются, Lea-структуры могут быть локализованы на клеточной поверхности [25] или присутствовать на гликопротеинах, секретируемых клетками растений [26].

После созревания в эндоплазматическом ретикулуме и аппарате Гольджи N-гликаны сложного типа могут быть дополнительно модифицированы во время транспорта гликопротеина в конечный пункт назначения. На примере A. thaliana было показано, что специфическое отщепление концевых остатков GlcNAc в вакуолях и плазмалемме осуществляет β-N-ацетилгексозаминидаза 1 (HEXO1) и β-N-ацетилгексозаминидаза 3 (HEXO3), соответственно [27]. В результате образуется отдельный тип N-гликанов – усеченные или низкоманнозные (paucimannosidic type). Долгое время этот тип гликанов, обнаруживаемых на вакуолярных и секретируемых гликопротеинах, считался уникальным для беспозвоночных животных и растений [28].

Таким образом, процессинг N-гликанов в растениях приводит к образованию нескольких типов гликанов, которые в зависимости от углеводных остатков, присоединенных к общей структуре ядра (Man3GlcNAc2), можно подразделить на высокоманнозные, сложные и гибридные. Высокоманнозные гликаны содержат только остатки маннозы (от двух до шести), присоединенные к коровому олигосахариду [21]. Гликаны с высоким содержанием маннозы в растениях аналогичны гликанам, обнаруженным в клетках млекопитающих. Группа гликанов сложного типа, несущих остатки GlcNAc на своих антеннах, более разнообразна и представлена в растениях двухантенными формами, тогда как у млекопитающих N-гликаны этого типа могут быть более разветвленными [4]. Зрелые растительные гликаны сложного типа несут β-1,2-связанные остатки ксилозы и α-1,3-связанные остатки фукозы, присоединенные к коровому олигосахариду GlcNAc2Man3GlcNAc2. Эта структура считается типичной растительной гликоформой и присутствует во всех проанализированных видах растений [29]. Для других видов сложных гликанов используют специфические названия. Так, например, Lea-содержащие гликаны – это гликаны с терминальным трисахаридом (Fucα1,4(Galβ1,3)GlcNAc), так называемой структурой Льюиса А [24]. Многие растительные N-гликаны сложного типа утрачивают концевые остатки GlcNAc на невосстанавливающих концах [30–32] и относятся к отдельному типу низкоманнозных N-гликанов (рис. 3). Гликаны гибридного типа – это гликаны, у которых на концевых антеннах присутствуют как остатки GlcNAc, так и остатки маннозы. В целом около 90% составляют две гликоформы: гликаны сложного типа (до 60%) с β-1,2-связанными остатками ксилозы и α-1,3-связанными остатками фукозы и гликаны c высоким содержанием маннозы (до 20–40%). Другие гликоформы составляют в сумме обычно не более 20% [33].

 

Рис. 3. Типы структур N-гликанов растительных гликопротеинов и их локализация в клетке.

Высокоманнозные N-гликаны – гликаны, содержащие исключительно остатки маннозы, присоединенные к коровому олигосахариду. Гликаны сложного типа несут β-1,2-связанные остатки ксилозы и α-1,3-связанные остатки фукозы, присоединенные к коровому олигосахариду GlcNAc2Man3GlcNAc2. Lea-содержащие гликаны – гликаны с терминальным трисахаридом (Fucα1,4(Galβ1,3)GlcNAc). Низкоманнозные гликаны (paucimannosidic type) – гликаны, не содержащие концевых остатков N-глюкозамина (GlcNAc) на своих невосстанавливающих концах. Гликаны гибридного типа – гликаны, у которых на концевых антеннах присутствуют как остатки GlcNAc, так и остатки маннозы.

 

В целом, анализ данных литературы создает впечатление достаточно хорошей изученности процесса N-гликозилирования в растениях, поскольку к настоящему моменту установлены основные этапы созревания N-гликанов [4], охарактеризованы ключевые игроки данного процесса [21] и выявлены основные типы гликанов, декорирующих белки растений [29, 33]. Тем не менее, некоторые вопросы остаются открытыми. Например, возможно, что перечень известных к настоящему времени ферментов процессинга гликанов не является исчерпывающим, поскольку идентификация ферментов N-гликозилирования в растениях может представлять определенную трудность, так как большинство гликозилтрансфераз в аппарате Гольджи участвует в биосинтезе различных полисахаридов клеточной стенки. При этом нельзя исключить, что некоторые из этих ферментов могут генерировать редкие модификации N-гликанов. Кроме того, ощущается недостаток как числа, так и разнообразия существующих мутантов процессинга N-гликанов. Полученные к настоящему времени мутанты, с одной стороны, не охватывают все этапы формирования гликанов, а с другой стороны, мутации могут оказывать плейотропный эффект на многочисленные гликопротеины, участвующие в том или ином процессе. Наконец, один из важнейших вопросов – как осуществляется регуляция этапов процессинга N-гликанов. Было показано, что биосинтез N-гликанов сложного типа в растениях регулируется через гомеостаз марганца и кальция с участием недавно идентифицированного трансмембранного белка 165 (ТМЕМ165) [9], однако очевидно, что регуляция такого сложного процесса, как N-гликозилирование должна быть многофакторной с привлечением большого количества участников. Таким образом, исследование процесса N-гликозилирования белков у растений все еще нуждается в дополнениях и детализации.

РОЛЬ N-ГЛИКОЗИЛИРОВАНИЯ БЕЛКОВ В ПРОЦЕССАХ РОСТА, РАЗВИТИЯ И В ОТВЕТАХ РАСТЕНИЙ НА СТРЕССОВЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

N-связанные гликаны влияют на конформацию, стабильность и биологическую активность гликопротеинов растений, а также на их субклеточную локализацию и секрецию [11, 21]. Это, в свою очередь, оказывает влияние на такие жизненно важные процессы, как рост, развитие и устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды [5, 15, 20]. Так, широкомасштабный анализ N-гликозилированных белков в листьях проростков пшеницы позволил идентифицировать 248 N-связанных гликопротеинов, которые, по мнению авторов, могут играть важную роль в росте растений. Эти гликопротеины в основном были вовлечены в реконструкцию клеточных стенок, клеточную сигнализацию, реакции на стресс [34]. Значительные различия в количестве гликопротеинов и степени их гликозилирования были выявлены на разной стадии спелости плодов томата (Solanium lycopersicum L.), у которых по мере созревания повышался уровень гликозилирования ферментов, участвующих в размягчении плодов (α-маннозидаза, β-D-N-ацетилгексозаминидаза) [35].

Наглядным доказательством значимости процесса N-гликозилирования для роста и развития служат растения с нарушением отдельных этапов формирования гликанов. Снижение фотосинтетической способности и уменьшение сухой массы выявлялись у мутантов A. thaliana alg3-3 (asparagines linked glycosylation 3), дефектных по биосинтезу долихолфосфат-связанных гликанов и cgl1-1 (complex glycan less), в которых полностью отсутствовали сложные N-гликаны [13]. Кроме того, корни cgl1 имели более длинные корневые волоски [14] и сильнее реагировали на фитогормоны, показывая, что сложные гликаны могут быть связаны с гомеостазом гормонов в растениях. У проростков томатов (S. lycopersicum L.) с сильно сниженной активностью N-ацетилглюкозаминтрансферазы I наблюдался некроз плодоножек и раннее опадение плодов, а растения с редуцированной α-маннозидазой II аппарата Гольджи имели скрученные листья и пониженную способность к образованию семян [15]. Потеря функции N-ацетилглюкозаминтрансферазы II у A. thaliana предотвращала образование гликанов с двумя концевыми остатками GlcNAc, и мутанты gntII показывали многочисленные фенотипы развития, включая раннее цветение и ускоренное старение листьев в темноте [36].

Наличие или отсутствие N-гликанов у гликопротеинов оказывало значительное влияние и на устойчивость растений к различным стрессовым воздействиям [4, 37, 38]. Так, анализ N-гликопротеома плазматической мембраны листьев проростков пшеницы (Triticum aestivum L.), подвергнутых действию засухи, выявил изменение уровня гликозилирования большинства идентифицированных гликопротеинов, которые обладали протеинкиназной активностью или были вовлечены в рецепцию и трансдукцию внеклеточных сигналов, а также в ремоделирование клеточной стенки растений [2]. В кончиках корней сои (Glycine max (L.) Merr.), подвергнутых затоплению, наблюдалось накопление одних N-гликопротеинов (связанных с деградацией белков, клеточной стенкой и гликолизом) и снижение других (гликозилгидролазы, пероксидазы, белки, связанные с защитной реакцией на стресс) [39]. Изменение количества N-гликопротеинов у проростков томатов (S. lycopersicum L.) влияло на их способность адаптироваться к солевому стрессу [40]. Мутанты lew3 (leaf wilting 3) A. thaliana с нарушением одного из ранних этапов процессинга N-гликанов, а именно переноса маннозы на долихол-связанный олигосахарид на цитозольной стороне мембраны эндоплазматического ретикулума, были более чувствительны к осмотическому стрессу [41].

Важность процесса N-гликозилирования была показана для выживания растений в условиях различных биотических стрессов [37, 38, 42]. Профиль N-гликанов проростков A. thaliana, инфицированных бактерией Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000, значительно отличался от такового у контрольных растений, показывая повышенное содержание низкоманнозных гликоформ и накопление неправильно свернутых гликопротеинов [42]. Мутантные линии A. thaliana, дефектные по ферменту синтеза предшественника N-гликанов alg3 или по субъединице олигосахарилтрансферазного комплекса stt3a (staurosporin and temperature sensitive 3a), были более восприимчивы к заражению P. syringae pv. tomato DC3000 по сравнению с растениями дикого типа, а последний мутант проявлял чувствительность еще и к Erwinia carotovora sub sp. carotovora [37, 43]. На примере stt3a было показано, что эффект N-гликозилирования на устойчивость к биотическим стрессорам может проявляться на уровне рецепции сигналов. У этих мутантов нарушалась функциональная активность рецепторных протеинкиназ EFR и FLS2, восприимчивых к бактериальным факторам элонгации трансляции Tu (elf18) и флагеллину (flg22), соответственно [44]. По мнению авторов, именно N-гликаны, прикрепленные к эктодоменам рецепторов опознавания паттернов (Pattern Recognition Receptors (PRRs)) плазматической мембраны, играют критическую роль в распознавании лигандов при взаимодействии растений и патогенов. Защитные реакции, направленные против вирусных и микробных патогенов, могут быть опосредованы белками-шаперонами, участвующими в процессе фолдинга гликопротеинов в эндоплазматическом ретикулуме [45]. Так, было показано, что специфичный для растений кальретикулин NbCRT3a, участвующий в созревании гликозилированных рецепторов клеточной поверхности, вовлечен в формирование устойчивости N. benthamiana к заражению Phytophthora infestans [46].

Изменение процесса N-гликозилирования белков не только путем нарушения прохождения его этапов, но и с помощью модификации отдельных остатков сахаров в гликане, может также влиять на рост и устойчивость растений. Проростки O. sativa, лишенные остатков коровой α-1,3-фукозы, демонстрировали полукарликовый фенотип и сниженный гравитропический ответ [19], а отсутствие остатков ксилозы на коровом олигосахариде приводило к повышению чувствительности растений к низкотемпературному стрессу [47]. У A. thaliana отсутствие остатков фукозы на коровом N-гликане усиливало чувствительность мутантов к засолению, при этом отсутствие ксилозы не сопровождалось таким эффектом [15]. Для удлинения корневых волосков у A. thaliana были важны не столько модификации корового гликана, связанные с присоединением ксилозы или фукозы, сколько терминальные модификации сложных гликанов, такие как наличие остатков маннозы или отсутствие остатков GlcNAc на обеих антеннах или блокировка терминальных удлинений [14]. Удаление терминальных остатков маннозы на N-гликанах являлось необходимым как для процесса образования корней [48], так и для формирования устойчивости проростков A. thaliana к солевому и осмотическому стрессам [49].

При обширном количестве статей о роли N-гликозилирования в процессах, протекающих в растениях [34–38; 47–49], все еще остается некоторая разрозненность публикуемых данных. До сих пор нет целостного представления, как отдельные сахара или наборы гликоформ влияют на свойства белков, к которым они присоединены. Какие гликопротеины играют ключевую роль в том или ином процессе? Как меняется структура гликанов в ходе развития этих процессов? Для построения более полной картины участия N-гликозилирования белков в процессах роста, развития и в ответах растений на стрессовые воздействия, потребуется расширение, как перечня исследуемых воздействий, так и набора объектов исследования. Помимо этого, исследования структуры и функции гликанов должны развиваться параллельно. Так, наблюдаемые во время развития или в стрессовых условиях отличия в N-гликозилировании белков желательно сопровождать анализом структурных модификаций N-гликанов на отдельных гликопротеинах, и, наоборот, выявленные структурные изменения необходимо подкреплять экспериментами, демонстрирующими роль этих структур в функционировании того или иного процесса.

ОСНОВНЫЕ МОМЕНТЫ, КОТОРЫЕ НЕОБХОДИМО УЧИТЫВАТЬ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ПРОЦЕССА N-ГЛИКОЗИЛИРОВАНИЯ В РАСТЕНИЯХ

Количество сайтов и разнообразие гликоформ на гликобелках. Количество сайтов гликозилирования у растений может ограничиваться одним-двумя, как у гликопротеина семян фасоли – фазеолина [50] и миракулина – гликопротеина Synsepalum dulcicum [51], доходить до восьми, как у мембранно-связанной эндо-β-1,4-глюканазы [52] или даже до 15, как у лакказы – фермента, относящегося к классу оксидаз [24]. При этом количество сайтов гликозилирования не определяется ни наличием остатков аспарагина в гликопротеине, ни даже консенсусной последовательностью узнавания (Asn-X-Ser/Thr), так как только для 2/3 этих секвонов доказан факт гликозилирования [53]. Это указывает на то, что необходимо учитывать влияние и других факторов при прогнозировании количества сайтов. Так, было показано, что наличие или отсутствие определенных аминокислотных остатков в консенсусной последовательности или рядом с ней [53], а также трехмерная структура белка [54] играют немаловажную роль в определении количества сайтов и типа их гликозилирования. Сайты гликозилирования обычно находятся на гидрофобных участках поверхности белка [55], а расположение аспарагина на β-витке белковой молекулы обеспечивает доступность для олигосахарилтрансферазы [56]. При этом топология белков может быть такова, что большинство их потенциальных сайтов N-гликозилирования не обращены в просвет эндоплазматического ретикулума или аппарата Гольджи и поэтому недоступны для олигосахарилтрансферазы [57].

Несмотря на существование ограниченного числа типов гликоформ, используемых для модификации гликопротеинов растений (рис. 3) [21], их количества достаточно для получения значительной макрогетерогенности (формируемой занятостью сайтов гликозилирования на молекуле белка) и микрогетерогенности (характеризующей разнообразие содержания разных гликоформ в отдельном сайте) N-гликанов, наблюдаемых в растительных организмах [33]. Макрогетерогенность определяется спецификой организма, типом клеток, а также структурными характеристиками белковой молекулы [58]. Микрогетерогенность возникает из-за вариаций процессинга N-гликанов, который зависит от многочисленных клеточных факторов, включая специфичную для тканей/клеток экспрессию ферментов, их концентрации и кинетические параметры, доступность доноров нуклеотидных сахаров, а также время пребывания гликопротеинов в различных клеточных компартментах. Структурный анализ зрелых гликопротеинов показал, что некоторые гликопротеины модифицированы исключительно гликанами высокоманнозного типа, в то время как другие имеют как высокоманнозный тип гликанов, так и N-гликаны сложного или низкоманнозного типа на разных сайтах N-гликозилирования [59]. Это показывает, что на одном и том же гликопротеине некоторые N-гликаны подвергаются модификации в аппарате Гольджи и после его прохождения, в то время как другие – нет, что определяется их доступностью процессинговым ферментам. Например, гликопротеин семян фасоли фазеолин гликозилирован гликаном низкоманнозного типа и гликаном с высоким содержанием маннозы, что связано с плохой доступностью последнего для ферментов и отсутствием возможности его дальнейшей модификации [50].

Все это приводит к разнообразию количества гликанов, степени их модификации и разнородности олигосахаридных структур на одном и том же гликопротеине [59], что необходимо учитывать, в частности, при производстве рекомбинантных белков [60, 61]. Поэтому в зависимости от поставленных целей при исследовании процесса гликозилирования необходимо использовать разные подходы. Например, анализ интактных гликопептинов и дегликозилированных пептидов позволяет оценить макрогетерогенность гликозилирования, но только анализ интактных гликопептинов позволит охарактеризовать микрогетерогенность [62]. При этом и в том и другом случае структурный анализ гликанов останется за рамками исследования и будет возможен только при высвобождении их из гликопротеинов [63].

Особенности N-гликозилирования, связанные с локализацией гликопротеинов. Анализ распределения N-гликопротеинов в интегральных белках вакуолярной и плазматической мембран A. thaliana показал, что потенциальные сайты N-гликозилирования гораздо реже встречаются в белках тонопластов и, в отличие от плазматической мембраны растений, тонопласт почти или полностью лишен N-гликопротеинов с модифицированными в аппарате Гольджи гликанами [64]. Большинство вакуолярных гликопротеинов и запасных гликопротеинов семян, описанных на данный момент, гликозилированы N-гликанами низкоманнозного типа (paucimannosidic type), содержащими остатки фукозы и/или ксилозы, но лишенных концевых остатков глюкозамина [11]. При этом у вакуолярных белков до сих пор не обнаружены Lea-содержащие гликаны, которые широко представлены у секретируемых и связанных с плазмалеммой гликопротеинов [59]. Поскольку Lea-содержащие N-гликаны обнаруживаются только на внеклеточных гликопротеинах растений, их наличие может служить как маркером транспорта гликопротеинов через секреторную систему растений, так и маркером локализации гликопротеинов в растительной клетке [33].

Таким образом, по модификации N-гликанов, декорирующих гликопротеин, можно определить его потенциальную локализацию в клетке растений.

Особенности N-гликозилирования, связанные с возрастом растений. Установлено, что профиль гликозилирования эндогенных белков зависит от стадии развития растения или органа [65, 66]. Так, в стареющих листьях проростков табака наблюдалось увеличение количества N-гликанов без терминального N-ацетилглюкозамина и уменьшение высокоманнозных гликанов [65]. Кроме того, стадия развития и положение листьев (верхний, средний или нижний ярус) влияли на профиль N-гликозилирования рекомбинантных белков, экспрессируемых в растениях Nicotiana plumbaginifolia [66]. Во время созревания эндосперма кукурузы (Zea mays L.) на гликопротеинах наблюдалось изменение типа гликоформ от преимущественно низкоманнозных (paucimannosidic type) к преимущественно гликановым структурам, лишенным фукозы [67]. Содержание Lea-содержащих N-гликанов варьировало во время развития семян как у A. thaliana, так и у Brassica napus [29].

Особенности N-гликозилирования в зависимости от вида и органа растений. Несмотря на то, что в целом механизм N-гликозилирования в растениях в высокой степени консервативен с сохранением общей схемы биосинтеза и созревания N-гликанов, существуют различия по структуре и соотношению паттернов гликозилирования в зависимости от класса, вида или органа растения [33, 59], что следует иметь ввиду при выборе объекта исследования. Так, если у проростков A. thaliana преобладают гликаны сложного типа (около 45%) [33], то у Lotus japonicas – высокоманнозные (около 49%) [68], а у N. benthamiana около 45% составляют низкоманнозные (paucimannosidic type) структуры [69]. При этом наиболее часто используемое модельное растение A. thaliana с преобладанием сложных гликановых структур демонстрирует их слабое разнообразие [33], в частности, количество Lea-содержащих N-гликанов сложного типа у проростков резуховидки Таля было незначительным по сравнению с другими видами [25]. Различия в гликозилировании белков были выявлены не только у представителей разных видов, но и у растений, относящихся к более близким таксономическим группам. Например, гликановые профили белка пататина из клубней картофеля отличались у разных подвидов картофеля (Solanum tuberosum L.) [70].

Анализ органоспецифического N-гликозилирования, проведенный для оценки распределения Lea-содержащих гликанов на гликопротеинах A. thaliana, показал, что если цветоножки и стебли растений содержали большое количество этих структур, то в стручках, корнях и побегах их количество было невелико и они совсем отсутствовали в листьях и черешках [29]. Cемена однодольных растений, таких как рис и кукуруза, были очень бедны структурами с концевыми антеннами Lea [71] в отличие от семян двудольных, включая гречиху, горох, маш, в которых эти структуры были широко представлены [72].

Эти знания могут быть полезны для правильного выбора объекта, в частности, при производстве терапевтических белков [73], поскольку гликановый профиль фармацевтических препаратов растительного происхождения будет различаться в зависимости от вида, возраста или органа растения, что следует учитывать, например, для того, чтобы снизить количество специ фических остатков, вызывающих пищевую аллергию [74].

Проблемы использования мутантов при исследовании процесса N-гликозилирования. Использование мутантных форм с нарушением отдельных звеньев процесса созревания гликанов – обычная практика в исследовании процесса N-гликозилирования и роли гликанов в растениях [21, 75]. Однако следует учитывать, что фенотипические проявления мутаций, нарушающих формирование гликопротеинов, будут зависеть от многих факторов. Это может создать проблемы при попытках установить причинно-следственные связи между первичными дефектами N-гликозилирования и наблюдаемыми изменениями развития, а также затруднить определение целевых белков.

Так, например, солевой стресс приводил к набуханию корней у мутантов cgl1, stt3a и lew3 A. thaliana [10, 41]. Однако только у первых двух мутантов наблюдалось изменение N-гликозилирования и снижение активности KOR1 (KORRIGAN) [8]. Это позволило предположить, что влияние мутации lew3 на солечувствительность и развитие растений резуховидки Таля должно быть обусловлено изменением гликозилирования и, соответственно, активности других гликопротеинов, участвующих в осморегуляции [41].

Анализ данных литературы показал, что мутации в генах, кодирующих одни и те же белки или ферменты, участвующие в процессинге гликанов, могут вызывать разные фенотипические проявления в зависимости от вида растения, что хорошо видно при сравнении мутантов A. thaliana и O. sativa. Так, дефект субъединицы олигосахарилтрансферазы приводил к разному воздействию на рост мутантов osdgl1 риса [76] и мутантов dgl1 резуховидки Таля [77]. В первом случае рост проростков лишь немного снижался, а во втором – наблюдалось появление карликового фенотипа. Если у мутантов риса с нарушением работы фермента α-глюкозидазы I эндоплазматического ретикулума (osmog) наблюдалось формирование коротких корней [78], то аналогичное нарушение у мутантов A. thaliana (knf) приводило к летальности эмбрионов [79]. Задержка развития имела место у мутантов риса (gnt1) с нарушенной работой фермента аппарата Гольджи – β-1,2-N-ацетилглюкозаминтрансферазы I (GnTI) [18], а мутация A. thaliana по тому же ферменту (cgl1) вызывала ростовой дефект только в условиях засоления [10]. Подавление экспрессии гена GnTI, приводящее к снижению количества сложных N-гликанов [20], не приводило к каким-то дефектам роста или размножения у N. benthamiana [80], в то время как у растений томата наблюдалось аномальное созревание плодов [15], а у представителя бобовых L. japonicas – серьезные дефекты роста с летальностью проростков до достижения ими стадии цветения [68].

Представленные факты еще раз демонстрируют многочисленность и разнообразие ролей, которые N-гликаны могут играть в растениях и то, что эти роли должны рассматриваться в привязке к особенностям того или иного вида. Кроме того, подобный анализ мутантов позволит выявлять такие растения, которые будут хорошо переносить генетические манипуляции и сохранять жизнеспособность в отсутствии привычных для растений типов гликанов, как, например, N. benthamiana, которое широко используется для производства биофармацевтических препаратов [81].

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗНАНИЙ О ПРИНЦИПАХ И МЕХАНИЗМАХ N-ГЛИКОЗИЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ГЛИКОИНЖИНИРИНГА РАСТИТЕЛЬНЫХ БЕЛКОВ

Накопление знаний о принципах и механизмах N-гликозилирования в растениях расширяют возможности их использования в практических целях, в частности, для создания подходящих гликоформ при получении рекомбинантных белков, представляющих терапевтическую ценность [82–84], поскольку в большинстве случаев такие белки являются N-гликозилированными [61], и прикрепленные гликаны оказывают сильное влияние на стабильность, активность и фармакодинамику этих гликопротеинов в организме человека [85].

Однако наличие у растений специфических гликанов, которые отсутствуют у млекопитающих и, следовательно, являются потенциально иммуногенными [74], а также меньшее структурное разнообразие гликанов [5, 82] создают ряд трудностей и порой ограничивают широкое использование растений для фармацевтического производства в качестве альтернативы клеточным линиям млекопитающих. Таким образом, основными задачами гликоинженерии при модификации растительных гликанов являются устранение специфических для растений и введение специфических для клеток млекопитающих реакций, приводящих к так называемой “гуманизации” растений [86]. Наиболее известное и исследованное отличие гликановых структур растений состоит в наличии сложных гликанов, содержащих β-1,2-ксилозу и α-1,3-фукозу [21]. Нокаут соответствующих генов FucT и XylT у A. thaliana приводил к накоплению растениями большого количества структур N-гликанов, не содержащих остатков β-1,2-ксилозы и α-1,3-фукозы [22]. Сравнительно недавно с помощью методики CRISPR/Cas9 для направленного редактирования генома были получены линии N. benthamiana для производства рекомбинантных белков, полностью лишенных остатков коровой α-1,3-фукозы и/или β-1,2-ксилозы [15]. Другие специфические типы модификаций растительных гликанов – это декорирование корового N-гликана β-1,3-галактозой и α-1,4-фукозой (Lea-содержащие гликаны) или удаление концевых остатков GlcNAc от корового гликана, приводящее к формированию низкоманнозных N-гликанов (paucimannose type). Хотя последние не так распространены, а эпитопы Льюиса А встречаются и у животных, эти структуры нередко рассматриваются как нежелательные, отрицательно влияющие на эффективность рекомбинантных белков при их терапевтическом применении [69]. Нокаут генов β-1,3-галактозилтрансферазы и α-1,4-фукозилтрансферазы у мха Physcomitrella patens приводил к продукции эритропоэтина, лишенного эпитопа Льюиса А [87], а нокдаун гена β-гексозаминидазы приводил к снижению низкоман ноз ных форм (paucimannosidic type), значительно увеличивая количество сложных N-гликанов на α1-антитрипсине млекопитающих, продуцируемом N. benthamiana [69].

Отсутствие у растений специфичного для млекопитающих набора ферментов гликозилирования приводит к отсутствию у них таких модификаций, как формирование дополнительных антенн, галактозилирование, кэпирование остатками сиаловой кислоты, которые являются специфичными для млекопитающих [86]. Использование контролируемой экспрессии гетерологичных ферментов в N. tabacum позволило получить двурассеченные, разветвленные [88] и многоантенные структуры [89], а также гликаны с β-1,4-галактозой [90] и остатками сиаловой кислоты [91]. Последнее особенно важно, поскольку сиалирование – это важная модификация гликопротеинов человека, которая не была реализована в достаточной степени в клетках китайского хомячка, традиционно используемых в качестве платформы для получения рекомбинантных белков [92]. Более того, в N. benthamiana за счет комбинированной экспрессии набора ферментов было достигнуто полисиалирование, которое имитировало процесс, имеющий место в клетках млекопитающих [91].

Другой важной задачей инженерии растительных N-гликанов является уменьшение их гетерогенности для получения стабильной эффективности рекомбинантных гликопротеинов [93]. И если в области “гуманизации” растительных гликанов были достигнуты значительные успехи, то получение препаратов с минимальной гетерогенностью гликанов все еще остается узким местом. Сложность заключается в том, что различия в эффективности N-гликозилирования во многом обусловлены свойствами OST-комплекса растений, состоящего из нескольких субъединиц, структурные и функциональные характеристики которых до конца не изучены [94]. Считается, что растительный OST-комплекс имеет уникальные предпочтения в аминокислотных последовательностях, и не все потенциальные сайты N-гликозилирования распознаются in vivo, что приводит к недостаточному гликозилированию рекомбинантных белков в растениях [18]. Попытки решить эту проблему путем сверхэкспрессии односубъединичного OST-комплекса Leishmania major в клетках N. benthamiana не привели к ожидаемым результатам [95]. У рекомбинантных гликопротеинов наблюдалось только небольшое увеличение занятости отдельных сайтов, но заполняемость сайтов в целом не улучшалась, а экспрессия чужеродного OST-комплекса оказывала негативное влияние, приводя к снижению общего выхода продуцируемых белков [95]. Вместе с тем, некоторые исследования опровергают существую щее мнение, что недостаточное гликозилирование приводит к потере выхода целевых белков, поскольку значительное агликозилирование не только не влияло на выход и сборку антител mAb 2G12, накапливаемых в рисе, но даже увеличивало их ВИЧ-нейтрализующую активность [96]. Таким образом, должны быть предприняты дополнительные усилия для исследования структуры и функциональности OST-комплекса растений, чтобы понять, чем вызваны наблюдаемые противоречия и как можно преодолеть существующие ограничения в гликозилировании растительных белков. Кроме того, стремление получить однородный материал с использованием подходов, направленных на снижение гетерогенности гликанов, будет приводить к потере отдельных гликоформ, имеющих уникальные физические или биологические свойства, которые могут быть полезны в определенных случаях. Например, низкоманнозные N-гликаны (paucimannosidic type) в целом рассматриваются как нежелательные при производстве рекомбинантных терапевтических белков, и в основном используются приемы, позволяющие снизить их количество [69]. Однако было показано, что некоторые из них необходимы для обеспечения доставки биофармацевтических препаратов к клеткам-мишеням при лечении заболеваний, относящихся к классу лизосомных болезней накопления (Lysosomal Storage Diseases), таких как мукополисахаридозы, муколипидозы, гликогенозы [97]. Так, структура Man3GlcNAc2 обладала повышенной способностью к связыванию с маннозным рецептором на поверхности клеток по сравнению со структурами, имеющими более высокое содержание остатков маннозы [97], и были разработаны специальные методические подходы, нацеленные на повышение содержания этих структур в клетках растений [98].

Узким местом производства терапевтических белков в растительных экспрессионных системах считается этап фолдинга целевых белков и низкие уровни, наблюдаемые при накоплении вирусных или бактериальных гликопротеинов в растениях, что, по мнению исследователей, может быть отражением различий в механизме функционирования их шаперонов [99]. Внедрение шаперонов, полученных из того же источника, что и целевые белки, способствовало улучшению сворачивания и увеличению накопления рекомбинантных белков, как было показано при коэкспрессии шаперонов млекопитающих в N. benthamiana [99]. Однако узкий набор исследованных к настоящему времени гликопротеинов и шаперонов ограничивает использование этого гликоинженерного подхода для производства рекомбинантных вакцин.

В последнее время успешной стратегией является объединение сразу нескольких подходов. Например, для качественного и количественного улучшения производства антигена внешней оболочки ВИЧ-1 использовали растения N. benthamiana, лишенные α-1,3-фукозилтрансферазы и β-1,2-ксилозилтрансферазы, для предот вращения образования специфичных для растений сложных N-гликанов. Одновременно применяли РНК-интерференцию для подавления образования маломаннозных гликанов и коэкспрессию кальретикулина с олигосахарилтрансферазой Leishmania major с целью улучшения занятости сайтов [84].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Хотя в изучении процесса N-гликозилиро вания растений и анализе биологической роли гликанов в последнее время были достигнуты значительные успехи [15, 20, 36, 51], все еще существуют узкие места, ограничивающие дальнейшее продвижение этих исследований. Во многом это связанно как с очисткой отдельных гликанов и гликопротеинов, так и с их структурной и функциональной характеристикой. Если в решении первого вопроса наблюдается неуклонное продвижение вперед [100–102], то более сложная функциональная характеристика гликопротеинов растений и декорирующих их гликанов, требующая больше усилий и времени, значительно отстает, хотя очевидно, что эти исследования должны развиваться параллельно. Изучение совокупности всех гликанов и гликопротеинов, выявляемых в клетке, ткани или в целом растительном организме в определенное время, в определенном месте и при определенных условиях, является пока еще недосягаемым идеалом. Но именно такой всеобъемлющий подход позволит лучше понять разнообразные роли различных гликанов, модифицирующих белки, выявляя их вклад в функционирование растительного организма, давая полезную информацию, которую можно было бы использовать в практических целях. Исследованию процесса N-гликозилирования способствовует полное секвенирование генома у все большего числа видов растений и доступность технологий его редактирования, что открывает пути для эффективных модификаций реакций процессинга N-гликанов. Получение мутантов с использованием методик сайт-направленного мутагенеза по сайтам гликозилирования отдельных гликопротеинов также является эффективным направлением для исследования роли того или иного гликана.

Вместе с тем биохимические исследования гликозилированных белков резко ограничиваются методическими сложностями. Для полного понимания механизмов реализации функции гликозилированного белка необходима характеристика того, какой именно гликан и в каком именно из потенциально возможных сайтов присоединен к белку. Пока подобные сведения крайне сложно получить даже для индивидуального белка, не говоря о сложных их совокупностях. Одна из существенных проблем в области гликопротеомики растений – это разработка надежных биоинформатических инструментов для анализа гликанов. Из-за сложности и разнообразия возникающих фрагментов, которые меняются в зависимости от условий проводимой масс-спектрометрии при фрагментации гликопротеинов и гликанов, а также высокого уровня гетерогенности гликанов, имеются ограничения для крупномасштабной идентификации гликопротеинов посредством поиска в базах данных. Поэтому длительная обработка данных вручную является узким местом для характеристики гликопротеинов.

Тем не менее, несмотря на то, что в гликобиологии растений остается много нерешенных вопросов, расширение методической базы в области протеомики, появление новых стратегий обогащения, разделения и анализа гликанов, разработка в области редактирования генов, развитие методов моделирования сложных гликанов и гликозилироапнных белков вносят оптимистическую ноту в перспективу развития этого направления. Увеличение количества идентифицированных гликопротеинов и сайтов гликозилирования, которые связаны с ростом и развитием растений и с их реакцией на окружающую среду, поможет в расшифровке механизмов гликозилирования растительных белков и будет способствовать пониманию их функциональной роли в этих процессах.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда № 20-64-47036, а также Государственного задания Федерального исследовательского центра “Казанский научный центр Российской академии наук”.

Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием людей или использованием животных в качестве объектов исследования. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

×

About the authors

И. А. Ларская

Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра “Казанский научный центр Российской академии наук”

Author for correspondence.
Email: pzl@mail.ru
Russian Federation, Казань

Е. О. Федина

Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра “Казанский научный центр Российской академии наук”

Email: pzl@mail.ru
Russian Federation, Казань

П. В. Микшина

Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра “Казанский научный центр Российской академии наук”

Email: pzl@mail.ru
Russian Federation, Казань

Т. А. Горшкова

Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра “Казанский научный центр Российской академии наук”; Институт физиологии Федерального исследовательского центра Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук

Email: pzl@mail.ru
Russian Federation, Казань; Сыктывкар

References

  1. Hashiguchi A., Komatsu S. Impact of post-translational modifications of crop proteins under abiotic stress // Proteomes. 2016. V. 4. P. 42. https://doi.org/10.3390/proteomes4040042
  2. Chang Y., Zhu D., Duan W., Deng X., Zhang J., Ye X., Yan Y. Plasma membrane N-glycoproteome analysis of wheat seedling leaves under drought stress // Int. J. Biol. Macromol. 2021. V. 193. P. 1541. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.10.217
  3. Muleya V., Lois L.M., Chahtane H., Thomas L., Chiapello M., Marondedze C. (De)activation (ir)reversibly or degradation: dynamics of post-translational protein modifications in plants // Life. 2022. V. 12. P. 324. https://doi.org/10.3390/life12020324
  4. Nguema-Ona E., Vicre-Gibouin M., Gotte M., Plancot B., Lerouge P., Bardor M., Driouich A. Cell wall O-glycoproteins and N-glycoproteins: aspects of biosynthesis and function // Front. Plant Sci. 2014. V. 5. P. 499. https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00499
  5. Nagashima Y., von Schaewen A., Koiwa H. Function of N-glycosylation in plants // Plant Sci. 2018. V. 274. P. 70. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2018.05.007
  6. Mellquist J., Kasturi L., Spitalnik S., Shakin-Eshleman S. The amino acid following an Asn-X-Ser/Thr sequon is an important determinant of N-linked core glycosylation efficiency // Biochem. 1998. V. 37. P. 6833. https://doi.org/10.1021/bi972217k
  7. Shakin-Eshleman S., Spitalnik S., Kasturi L. The amino acid at the X position of an Asn-X-Ser sequon is an important determinant of N-linked core-glycosylation efficiency // J. Biol. Chem. 1996. V. 271. P. 6363. https://doi.org/10.1074/jbc.271.11.6363
  8. Hebert D., Lamriben L., Powers E., Kelly J. The intrinsic and extrinsic effects of N-linked glycans on glycoproteostasis // Nat. Chem. Biol. 2014. V. 10. P. 902. https://doi.org/10.1038/nchembio.1651
  9. Toustou С., Walet-Balieu M.-L., Kiefer-Meyer M.-C., Houdou M., Lerouge P., Foulquier F. BardorM. Towards understanding the extensive diversity of protein N-glycan structures in eukaryotes // Biol. Rev. 2022. V. 97. P. 732. https://doi.org/10.1111/brv.12820
  10. Kang J.S., Frank J., Kang C.H., Kajiura H., Vikram M., Ueda A., Kim S., Bahk J.D., Triplett B., Fujiyama K., Lee S.Y., von Schaewen A., Koiwa H. Salt tolerance of Arabidopsis thaliana requires maturation of N-glycosylated proteins in the Golgi apparatus // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008. V. 105. P. 5933. https://doi.org/10.1073/pnas.0800237105
  11. Lannoo N., Van Damme E.J.M. Review/N-glycans: the making of a varied toolbox // Plant Sci. 2015. V. 239. P. 67. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2015.06.023
  12. Morales-Quintana L., Méndez-Yáñez A. α-Mannosidase and β-D-N-acetylhexosaminidase outside the wall: partner exoglycosidases involved in fruit ripening process // Plant Mol. Biol. 2023. V. 112. P. 107. https://doi.org/10.1007/s11103-023-01356-2
  13. Jiao Q.-S., Niu G.-T., Wang F.-F., Dong J.-Y., Chen T.-S., Zhou C.-F., Hong Z. N-glycosylation regulates photosynthetic efficiency of Arabidopsis thaliana // Photosynthetica. 2020. V. 58. P. 72. https://doi.org/10.32615/ps.2019.153
  14. Frank M., Kaulfürst-Soboll H., Fischer K., von Schaewen A. Complex-type N-glycans influence the root hair landscape of Arabidopsis seedlings by altering the auxin output // Front. Plant Sci. 2021. V. 12. P. 635714. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.635714
  15. Kaulfürst-Soboll H., Mertens-Beer M., Brehler R., Albert M., von Schaewen A. Complex N-glycans are important for normal fruit ripening and seed development in tomato // Front. Plant Sci. 2021. V. 12. P. 635962. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.635962
  16. Jansing J., Sack M., Augustine S.M., Fischer R., Bortesi L. CRISPR/Cas9-mediated knockout of six glycosyltransferase genes in Nicotiana benthamiana for the production of recombinant proteins lacking b-1,2-xylose and core a-1,3-fucose // Plant Biotechnol. J. 2019. V. 17. P. 350. https://doi.org/10.1111/pbi.12981
  17. Herman X., Far J., Courtoy A., Bouhon L., Quinton L., De Pauw E., Chaumont F., Navarre C. Inactivation of N-acetylglucosaminyltransferase I and α1,3-fucosyltransferase genes in Nicotiana tabacum BY-2 cells results in glycoproteins with highly homogeneous, high-mannose N-glycans // Front. Plant Sci. 2021. V. 12. P. 634023. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.634023
  18. Fanata W.I., Lee K.H., Son B.H., Yoo J.Y., Harmoko R., Ko K.S., Ramasamy N.K., Kim K.H., Oh D.-B., Jung H.S., Kim J-Y., Lee S.Y., Lee K.O. N-glycan maturation is crucial for cytokinin-mediated development and cellulose synthesis in Oryza sativa // Plant J. 2013. V. 73. P. 966. https://doi.org/10.1111/tpj.12087
  19. Harmoko R., Yoo J.Y., Ko K.S., Ramasamy N.K., Hwang B.Y., Lee E.J., Kim H.S., Lee K.J., Oh D.-B., Kim D.-J., Lee S., Li Y., Lee S.Y., Lee K.O. N-glycan containing a core α1,3-fucose residue is required for basipetal auxin transport and gravitropic response in rice (Oryza sativa) // New Phytol. 2016. V. 212. P. 108. https://doi.org/10.1111/nph.14031
  20. Strasser R. Recent developments in deciphering the biological role of plant complex N-glycans // Front. Plant Sci. 2022. V. 13. P. 897549. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.897549
  21. Strasser R. Plant protein glycosylation // Glycobiology. 2016. V. 26. P. 926. https://doi.org/10.1093/glycob/cww023
  22. Strasser R., Altmann F., Mach L., Glössl J., Steinkellner H. Generation of Arabidopsis thaliana plants with complex N-glycans lacking b-1,2-linked xylose and core a-1,3-linked fucose // FEBS Lett. 2004. V. 561. P. 132. https://doi.org/10.1016/S0014-5793(04)00150-4
  23. Johnson K.D., Chrispeels M.J. Substrate specificities of N-acetylglucosaminyl-, fucosyl-, and xylosyltransferases that modify glycoproteins in the Golgi apparatus of bean cotyledon // Plant Physiol. 1987. V. 84. P. 1301. https://doi.org/10.1104/pp.84.4.1301
  24. Beihammer G., Maresch D., Altmann F., Van Damme E.J.M., Strasser R. Lewis A glycans are present on proteins involved in cell wall biosynthesis and appear evolutionarily conserved among natural Arabidopsis thaliana accessions // Front. Plant Sci. 2021. V. 12. P. 630891. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.630891
  25. Fitchette-Lainé A.C., Gomord V., Cabanes M., Michalski J-C., Saint Macary M., Foucher B., Cavelier B., Hawes C., Lerouge P., Faye L. N-glycans harboring the Lewis a epitope are expressed at the surface of plant cells // Plant J. 1997. V. 12. P. 1411. https://doi.org/10.1046/j.1365-313x.1997.12061411.x
  26. Ruiz-May E., Kim S.-J., Brandizzi F., Rose J.K.C. The secreted plant N-glycoproteome and associated secretory pathways // Front. Plant Sci. 2012. V. 3. P. 117. https://doi.org/10.3389/fpls.2012.00117
  27. Liebminger E., Veit C., Pabst M., Batoux M., Zipfel C., Altmann F., Mach L., Strasser R. Beta-N-acetylhexosaminidases HEXO1 and HEXO3 are responsible for the formation of paucimannosidic N-glycans in Arabidopsis thaliana// J. Biol. Chem. 2011. V. 286. P. 10793. https://doi.org/10.1074/jbc.M110.178020
  28. Melo N.S., Nimtz M., Conradt H.S., Fevereiro P.S., Costa J. Identification of the human Lewis (a) carbohydrate motif in a secretory peroxidase from a plant cell suspension culture (Vaccinium myrtillus L.) // FEBS Lett. 1997. V. 415. P. 186. https://doi.org/10.1016/s0014-5793(97)01121-6
  29. Gomord V., Fitchette A.-C., Menu-Bouaouiche L., Saint-Jore-Dupas C., Plasson C., Michaud D., Faye L. Plant-specific glycosylation patterns in the context of therapeutic protein production // Plant Biotechnol. J. 2010. V. 8. P. 564. https://doi.org/10.1111/j.1467-7652.2009.00497.x
  30. Lerouge P., Cabanes-Macheteau M., Rayon C., Fischette-Laine A.-C., Gomord V., Faye L. N-Glycoprotein biosynthesis in plants: recent developments and future trends // Plant Mol. Biol. 1998. V. 38. P. 31. https://doi.org/10.1023/A:1006012005654
  31. Fitchette A.C., Cabanes-Macheteau M., Marvin B., Satiat-Jeunemaitre B., Gomord V., Lerouge P., Faye L., Hawes C. Biosynthesis and immunolocalization of Lewis a-containing N-glycans in the plant cells // Plant Physiol. 1999. V. 121. P. 333. https://doi.org/10.1104/pp.121.2.333
  32. Gutternigg M., Kretschmer-Lubich D., Paschinger K., Rendi,ć D., Hader J., Geier P., Ranftl R., Jantsch V., Lochnit G., Wilson I.B.H. Biosynthesis of truncated N-linked oligosaccharides results from non-orthologous hexosaminidase-mediated mechanisms in nematodes, plants and insects // J. Biol. Chem. 2007. V. 282. P. 27825. https://doi.org/10.1074/jbc.M704235200
  33. Zeng W., Ford K.L., Bacic A., Heazlewood J.L. N-linked glycan micro-heterogeneity in glycoproteins of Arabidopsis // Mol. Cell. Proteomics. 2018. V. 17. P. 413. https://doi.org/10.1074/mcp.RA117.000165
  34. Wang X., Deng X., Zhu D., Duan W., Zhang J., Yan Y. N-linked glycoproteome analysis reveals central glycosylated proteins involved in wheat early seedling growth // Plant Physiol. Biochem. 2021. V. 163. P. 327. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2021.04.009
  35. Zhang X., Tang H., Du H., Liu Z., Bao Z., Shi Q. Comparative N-glycoproteome analysis provides novel insights into the regulation mechanism in tomato (Solanum lycopersicum L.) during fruit ripening process // Plant Sci. 2020. V. 293. P. 110413. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2020.110413
  36. Yoo J.Y., Ko K.S., Vu B.N., Lee Y.E., Yoon S.H., Pham T.T., Kim J-Y., Lim J-M., Kang Y.J. Hong J.C., Lee K.O. N-acetylglucosaminyltransferase II is involved in plant growth and development under stress conditions // Front. Plant Sci. 2021. V. 12. P. 761064. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.761064
  37. Kang B.S., Baek J.H., Macoy D.M., Chakraborty R., Cha J.-Y., Hwang D.-J., Lee Y.H., Lee S.Y., Kim W.Y., Kim M.G. N-glycosylation process in both ER and Golgi plays pivotal role in plant immunity // J. Plant Biol. 2015. V. 58. P. 374. https://doi.org/10.1007/s12374-015-0197-3
  38. Lin B., Qing X., Liao J., Zhuo K. Role of protein glycosylation in host-pathogen interaction // Cells. 2020. V. 9. P. 1022. https://doi.org/10.3390/cells9041022
  39. Mustafa G., Komatsu S. Quantitative proteomics reveals the effect of protein glycosylation in soybean root under flooding stress // Front. Plant Sci. 2014. V. 5. P. 627. https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00627
  40. Zhang X., Tang H., Du H., Bao Z., Shi Q. Sugar metabolic and N-glycosylated profiles unveil the regulatory mechanism of tomato quality under salt stress // Environ. Exp. Bot. 2020. V. 177. P. 104145. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2020.104145
  41. Zhang L., Xu Y., Yao H., Xie L., Yang P. Boronic acid functionalized core–satellite composite nanoparticles for advanced enrichment of glycopeptides and glycoproteins // Chem. Eur. J. 2009. V. 15. P. 10158. https://doi.org/10.1002/chem.200901347
  42. Beihammer G., Romero-Pérez A., Maresch D., Figl R., Mócsai R., Grünwald-Gruber C., Altmann F., Van Damme E.J.M., Strasser R. Pseudomonas syringae DC3000 infection increases glucosylated N-glycans in Arabidopsis thaliana // Glycoconjugate. J. 2023. V. 40. P. 97. https://doi.org/10.1007/s10719-022-10084-6
  43. Trempel F., Kajiura H., Ranf S., Grimmer J., Westphal L., Zipfel C., Scheel D., Fujiyama K., Lee J. Altered glycosylation of exported proteins, including surface immune receptors, compromises calcium and downstream signaling responses to microbe-associated molecular patterns in Arabidopsis thaliana // BMC Plant Biol. 2016. V. 16. P. 31. https://doi.org/10.1186/s12870-016-0718-3
  44. Haweker H., Rips S., Koiwa H., Salomon S., Saijo Y., Chinchilla D., Robatzek S., von Schaewen A. Pattern recognition receptors require N-glycosylation to mediate plant immunity // J. Biol. Chem. 2010. V. 285. P. 4629. https://doi.org/10.1074/jbc.M109.063073
  45. Joshi R., Paul M., Kumar A., Pandey D. Role of calreticulin in biotic and abiotic stress signalling and tolerance mechanisms in plants // Gene. 2019. V. 714. P. 144004. https://doi.org/10.1016/j.gene.2019.144004
  46. Matsukawa M., Shibata Y., Ohtsu M., Mizutani A., Mori H., Wang P., Ojika M., Kawakita K., Takemoto D. Nicotiana benthamiana calreticul in 3a is required for the ethylene mediated production of phytoalexins and disease resistance against oomycete pathogen Phytophthora infestans // Mol. Plant-Microbe Interact. 2013. V. 26. P. 880. https://doi.org/10.1094/MPMI-12-12-0301-R
  47. Takano S., Matsuda S., Funabiki A., Furukawa J., Yamauchi T., Tokuji Y., Nakazono M., Shinohara Y., Takamure I., Kato K. The rice RCN11 gene encodes β1,2-xylosyltransferase and is required for plant responses to abiotic stresses and phytohormones // Plant Sci. 2015. V. 236. P. 75. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2015.03.022
  48. Veit C., König J., Altmann F., Strasser R. Processing of the terminal alpha-1,2-linked mannose residues from oligomannosidic N-glycans is critical for proper root growth // Front. Plant Sci. 2018. V. 9. P. 1807. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01807
  49. Liu C., Niu G., Zhang H., Sun Y., Sun S., Yu F., Lu S., Yang Y., Li J., Hong Z. Trimming of N-glycans by the Golgi-localized a-1,2-mannosidases, MNS1 and MNS2, is crucial for maintaining RSW2 protein abundance during salt stress in Arabidopsis // Mol. Plant. 2018. V. 11. P. 678. https://doi.org/10.1016/j.molp.2018.01.006
  50. Sturm A., Van Kuik J.A., Vliegenthar J.F., Chrispeels M.J. Structure, position, and biosynthesis of the high mannose and the complex oligosaccharide side chains of the bean storage protein phaseolin // J. Biol. Chem. 1987. V. 262. P. 13392. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(19)76439-4
  51. Kajiura H., Hiwasa-Tanase K., Ezura H., Fujiyama K. Effect of fruit maturation on N-glycosylation of plant-derived native and recombinant miraculin // Plant Physiol. Biochem. 2022. V. 178. P. 70. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2022.02.026
  52. Rips S., Bentley N., Jeong I.S., Welch J.L., von Schaewen A., Koiwa H. Multiple N-glycans cooperate in the subcellular targeting and functioning of Arabidopsis KORRIGAN1 // Plant Cell. 2014. V. 26. P. 3792. https://doi.org/10.1105/tpc.114.129718
  53. Rubin E., Ben-Dor S., Sharon N. Biases and complex patterns in the residues flanking protein N-glycosylation site // Glycobiology. 2004. V. 14. P. 95. https://doi.org/10.1093/glycob/cwh004
  54. Dwek R.A. Glycobiology: towards understanding the function of sugars // Chem. Rev. 1996. V. 96. P. 683. https://doi.org/10.1021/cr940283b
  55. Petrescu A.J., Milac A.L., Petrescu S.M., Dwek R.A., Wormald M.R. Statistical analysis of the protein environment of N-glycosylation sites: implications for occupancy, structure, and folding // Glycobiology. 2004. V. 14. P. 103. https://doi.org/10.1093/glycob/cwh008
  56. Zielinska D.F., Gnad F., Schropp K., Wisniewski J.R., Mann M. Mapping N-glycosylation sites across seven evolutionarily distant species reveals a divergent substrate proteome despite a common core machinery // Mol. Cell. 2012. V. 46. P. 542. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2012.04.031
  57. Zielinska D.F., Gnad F., Wisniewski J.R., Mann M. Precision mapping of an in vivo N-glycoproteome reveals rigid topological and sequence constraints // Cell. 2010. V. 141. P. 897. https://doi.org/10.1016/j.cell.2010.04.012
  58. Hofbauer A., Stoger E. Subcellular accumulation and modification of pharmaceutical proteins in different plant tissues // Curr. Pharm. Des. 2013. V. 19. P. 5495. https://doi.org/10.2174/1381612811319310005
  59. Ko K., Ahn M.-H., Song M., Choo Y.-K., Kim H.S., Ko K., Joung H. Glyco-engineering of biotherapeutic proteins in plants // Mol. Cells. 2008. V. 25. Р. 494.
  60. Montero-Morales L., Steinkellner H. Advanced plant-based glycan engineering // Front. Bioeng. Biotechnol. 2018. V. 6. P. 81. https://doi.org/10.3389/fbioe.2018.00081
  61. Dammen-Brower K., Epler P., Zhu S., Bernstein Z.J., Stabach P.R., Braddock D.T., Spangler J.B., Yarema K.J. Strategies for glycoengineering therapeutic proteins // Front. Chem. 2022. V. 10. P. 863118. https://doi.org/10.3389/fchem.2022.863118
  62. Fang Z., Qin H., Mao J., Wang Z., Zhang N., Wang Y., Liu L., Nie Y., Dong M., Ye M. Glyco-Decipher enables glycan database-independent peptide matching and in-depth characterization of site-specific N-glycosylation // Nat. Commun. 2022. V. 13. P. 1900. https://doi.org/10.1038/s41467-022-29530-y
  63. Haslam S.M., Freedberg D.I., Mulloy B., Dell A., Stanley P., Prestegard J.H. Structural analysis of glycans // Essentials of Glycobiology [Internet] 4th ed./ Eds. A. Varki et al. Cold Spring Harbor (NY): Cold Spring Harbor Laboratory Press. 2022. Chapter 50.
  64. Pedrazzini E., Caprera A., Fojadelli I., Stella A., Rocchetti A., Bassin B., Martinoia E., Vitale A. The Arabidopsis tonoplast is almost devoid of glycoproteins with complex N-glycans, unlike the rat lysosomal membrane // J. Exp. Bot. 2016.V. 67. P. 1769. https://doi.org/10.1093/jxb/erv567
  65. Elbers I.J., Stoopen G.M., Bakker H., Stevens L.H., Bardor M., Molthoff J.W., Jordi W.J., Bosch D., Lommen A. Influence of growth conditions and developmental stage on N-glycan heterogeneity of transgenic immunoglobulin G and endogenous proteins in tobacco leaves // Plant Physiol. 2001. V. 126. P. 1314. https://doi.org/10.1104/pp.126.3.1314
  66. Lim C.-Y., Lee K.J., Oh D.-B., Ko K. Effect of the developmental stage and tissue position on the expression and glycosylation of recombinant glycoprotein GA733-FcK in transgenic plants // Front. Plant Sci. 2015. V. 5. P. 2014. https://doi.org/103389/fpls.2014.00778
  67. Arcalis E., Stadlmann J., Marcel S., Drakakaki G., Winter V., Rodriguez J., Fischer R., Altmann F., Stoger E. The changing fate of a secretory glycoprotein in developing maize endosperm // Plant Physiol. 2010. V. 153. P. 693. https://doi.org/10.1104/pp.109.152363
  68. Pedersen C.T., Loke I., Lorentzen A., Wolf S., Kamble M., Kristensen S.K., Munch D., Radutoiu S., Spillner E., Roepstorff P., Thaysen-Andersen M., Stougaard J., Dam S. N-glycan maturation mutants in Lotus japonicus for basic and applied glycoprotein research // Plant J. 2017. V. 91. P. 394. https://doi.org/10.1111/tpj.13570
  69. Shin Y.J., Castilho A., Dicker M., Sadio F., Vavra U., Grunwald-Gruber C., Kwon T.H., Altmann F., Steinkellner H., Strasser R. Reduced paucimannosidic N-glycan formation by suppression of a specific beta-hexosaminidase from Nicotiana benthamiana // Plant Biotechnol. J. 2017. V. 15. P. 197. https://doi.org/10.1111/pbi.12602
  70. Lattova E., Brabcova A., Bartova V., Potesil D., Barta J., Zdrahal Z. N-glycome profiling of patatins from different potato species of Solanum genus // J. Agric. Food Chem. 2015. V. 63. P. 3243. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5b00426
  71. Leonard R., Kolarisch D., Paschinger K., Altmann F., Wilson I.B.H. A genetic and structural analysis of the N-glycosylation capabilities of rice and other monocotyledons // Plant Mol. Biol. 2004. V. 55. P. 631. https://doi.org/10.1007/s11103-004-1558-3
  72. Wilson I., Zeleny R., Kolarich D., Staudacher E., Stroop C., Kamerling J., Altmann F. Analysis of Asn-linked glycans from vegetable foodstuffs: widespread occurrence of Lewis a, core α1,3-linked fucose and xylose substitutions // Glycobiology. 2001. V. 11. P. 261. https://doi.org/10.1093/glycob/11.4.261
  73. Karki U., Fang H., Guo W., Unnold-Cofre C., Xu J. Cellular engineering of plant cells for improved therapeutic protein production // Plant Cell Rep. 2021. V. 40. P. 1087. https://doi.org/10.1007/s00299-021-02693-6
  74. Van Beers M.M.C., Bardor M. Minimizing immunogenicity of biopharmaceuticals by controlling critical quality attributes of proteins // Biotechnol. J. 2012. V. 7. P. 1473. http://dx.doi.org/10.1002/biot.201200065
  75. De Coninck T., Gistelinck K., Janse van Rensburg H.C., Van den Ende W., Van Damme E.J.M. Sweet modifications modulate plant development // Biomolecules. 2021. V. 11. P. 756. https://doi.org/10.3390/biom11050756
  76. Qin C., Li Y., Gan J., Wang W., Zhang H., Liu Y., Wu P. OsDGL1, a homolog of an oligosaccharyltransferase complex subunit, is involved in N-glycosylation and root development in rice // Plant Cell Physiol. 2013. V. 54. P. 129. https://doi.org/10.1093/pcp/pcs159
  77. Lerouxel O., Mouille G., Andeme-Onzighi C., Bruyant M.-P., Seveno M., Loutelier-Bourhis C., Driouich A., Hofte H., Lerouge P. Mutants in DEFECTIVE GLYCOSYLATION, an Arabidopsis homolog of an oligosaccharyltransferase complex subunit, show protein under glycosylation and defects in cell differentiation and growth // Plant J. 2005. V. 42. P. 455. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2005.02392.x
  78. Wang S.K., Xu Y.X., Li Z.L., Zhang S.N., Lim J.-M., Lee K.O., Li C.Y., Qian Q., Jiang D.A., Qi Y.H. OsMOGS is required for N-glycan formation and auxin-mediated root development in rice (Oryza sativa L.) // Plant J. 2014. V. 78. P. 632. https://doi.org/10.1111/tpj.12497
  79. Gillmor C.S., Poindexter P., Lorieau J., Palcic M.M., Somerville C. α-Glucosidase I is required for cellulose biosynthesis and morphogenesis in Arabidopsis // J. Cell Biol. 2002. V. 156. P. 1003. https://doi.org/10.1083/jcb.200111093
  80. Limkul J., Iizuka S., Sato Y., Misaki R., Ohashi T., Fujiyama K. The production of human glucocerebrosidase in glyco-engineered Nicotiana benthamiana plants // Plant Biotechnol. J. 2016. V. 14. P. 1682. https://doi.org/10.1111/pbi.12529
  81. Strasser R., Stadlmann J., Schähs M., Stiegler G., Quendler H., Mach L., Glössl J., Weterings K., Pabst M., Steinkellner H. Generation of glyco-engineered Nicotiana benthamiana for the production of monoclonal antibodies with a homogeneous human-like N-glycan structure // Plant Biotechnol. J. 2008. V. 6. P. 392. https://doi.org/10.1111/j.1467-7652.2008.00330.x
  82. Rozov S.M., Permyakova N.V., Deineko E.V. Main strategies of plant expression system glycoengineering for producing humanized recombinant pharmaceutical proteins // Biochemistry (Moscow). 2018. V. 83. P. 215.
  83. Gerszberg A., Hnatuszko-Konka K. Compendium on food crop plants as a platform for pharmaceutical protein production // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. P. 3236. https://doi.org/10.3390/ijms23063236
  84. Margolin E., Verbeek M., de Moor W., Chapman R., Meyers A., Schäfer G., Williamson A‐L., Rybicki E. Investigating constraints along the plant secretory pathway to improve production of a SARS‐CoV‐2 spike vaccine candidate // Front. Plant Sci. 2022. V. 12. P. 798822. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.798822
  85. Shin Y.-J., König-Beihammer J., Vavra U., Schwestka J., Kienzl N.F., Klausberger M., Laurent E., Grünwald-Gruber C., Vierlinger K., Hofner M., Margolin E., Weinhäusel A., Stöger E., Mach L., Strasser R.N-glycosylation of the SARS-CoV-2 receptor binding domain is important for functional expression in plants // Front. Plant Sci. 2021. V. 12. P. 689104. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.689104
  86. Liu H., Timko M.P. Improving protein quantity and quality – the next level of plant molecular farming // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. P. 1326. https://doi.org/10.3390/ijms23031326
  87. Parsons J., Altmann F., Arrenberg C.K., Koprivova A., Beike A.K., Stemmer C., Gorr G., Reski R., Decker E.L. Moss-based production of asialo-erythropoietin devoid of Lewis A and other plant-typical carbohydrate determinants // Plant Biotechnol. J. 2002. V. 10. P. 851. https://doi.org/10.1111/j.1467-7652.2012.00704.x
  88. Castilho A., Gattinger P., Grass J., Jez J., Pabst M., Altmann F., Gorfer M., Strasser R., Steinkellner H. N-glycosylation engineering of plants for the biosynthesis of glycoproteins with bisected and branched complex N-glycans // Glycobiology. 2011. V. 21. P. 813. https://doi.org/10.1093/glycob/cwr009
  89. Nagels B., Van Damme E. J., Pabst M., Callewaert N., Weterings K. Production of complex multiantennary N-glycans in Nicotiana benthamiana plants // Plant Physiol. 2011. V. 155. P. 1103. https://doi.org/10.1104/pp.110.168773
  90. Schneider J., Castilho A., Pabst M., Altmann F., Gruber C., Strasser R., Gattinger P., Seifert G.J., Steinkellner H. Characterization of plants expressing the human beta1,4-galactosyltrasferase gene // Plant Physiol. Biochem. 2015. V. 92. P. 39. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2015.04.010
  91. Kallolimath S., Castilho A., Strasser R., Grunwald-Gruber C., Altmann F., Strubl S., Galuska C.E., Zlatina K., Galuska S.P., Werner S., Thiesler H., Werneburg S., Hildebrandt H., Gerardy-Schahn R., Steinkellner H. Engineering of complex protein sialylation in plants // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2016. V. 113. P. 9498. https://doi.org/10.1073/pnas.1604371113
  92. Esqueda A., Chen Q. Producing biologics with defined N-glycosylation in plants // Chemokine-glycosaminoglycan interactions: methods and protocols / Ed. Lucas A.R. Humana Press. 2023. V. 2597. P. 235. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-2835-5_17
  93. Fang P., Ji Y., Oellerich T., Urlaub H., Pan K.-T. Strategies for proteome-wide quantification of glycosylation macro- and micro-heterogeneity // Int. J. Mol. Sci. 2022.V. 23. P. 1609. https://doi.org/10.3390/ijms23031609
  94. Jeong I.S., Lee S., Bonkhofer F., Tolley J., Fukudome A., Nagashima Y., May K., Rips S., Lee S.Y., Gallois P., Russell W.K., Jung H.S., von Schaewen A., Koiwa H. Purification and characterization of Arabidopsis thaliana oligosaccharyltransferase complexes from the native host: a protein super-expression system for structural studies // Plant J. 2018.V. 94. P. 131. https://doi.org/10.1111/tpj.13847
  95. Castilho A., Beihammer G., Pfeiffer C., Goritzer K., Montero-Morales L., Vavra U., Maresch D., Grunwald-Gruber C., Altmann F., Steinkellner H., Strasser R. An oligosacchyaryl transferase from Leishmania major increases the N-glycan occupancy on recombinant glycoproteins produced in Nicotiana benthamiana // Plant Biotechnol. J. 2018. V. 16. P. 1700. https://doi.org/10.1111/pbi.12906
  96. Vamvaka E., Twyman R.M., Murad A.M., Melnik S., Teh A.Y., Arcalis E., Altmann F., Stoger E., Rech E., Ma J.K., Christou P., Capell T. Rice endosperm produces an underglycosylated and potent form of the HIV-neutralizing monoclonal antibody 2G12 // Plant Biotechnol. J. 2016. V. 14. P. 97. https://doi.org/10.1111/pbi.12360
  97. Shen J.S., Busch A., Day T.S., Meng X.L., Yu C.I., Dabrowska-Schlepp P., Fode B., Niederkrüger H., Forni S., Chen S., Schiffmann R., Frischmuth T., Schaaf A. Mannose receptor-mediated delivery of moss-made α-galactosidase A efficiently corrects enzyme deficiency in Fabry mice // J. Inherit. Metab. Dis. 2016. V. 39. P. 293. https://doi.org/10.1007/s10545-015-9886-9.
  98. Sariyatun R., Kajiura H., Limkul J., Misaki R., Fujiyama K. Analysis of N-glycan profile of Arabidopsis alg3 cell culture // Plant Biotechnol. 2021. V. 38. P. 463. https://doi.org/10.5511/plantbiotechnology.21.1025a
  99. Margolin E., Oh Y.J., Verbeek M., Naude J., Ponndorf D., Meshcheriakova Y.A., Peyret H., van Diepen M.T., Chapman R., Meyers A.E., Lomonossoff G.P., Matoba N., Williamson A.L., Rybicki E.P. Co‐expression of human calreticulin significantly improves the production of HIV gp140 and other viral glycoproteins in plants // Plant Biotechnol. J. 2020. V. 18. P. 2109. https://doi.org/10.1111/pbi.13369
  100. Ruiz-May E., Thannhauser T.W., Zhang S., Rose J.K.C. Analytical technologies for identification and characterization of the plant N-glycoproteome // Front. Plant Sci. 2012. V. 3. P. 150. https://doi.org/10.3389/fpls.2012.00150
  101. Qin Sh., Qin S., Tian Z. Progresses in mass spectrometry-based plant N-glycomics and N-glycoproteomics // Int. J. Mass Spectrom. 2022. V. 481. P. 116917. https://doi.org/10.1016/j.ijms.2022.116917
  102. Trbojevic-Akmacic I., Lageveen-Kammeijer G.S.M., Heijs B., Petrovic T., Deris H., Wuhrer M., Lauc G. High-throughput glycomic methods // Chem. Rev. 2022. V. 122. P. 15865. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c01031

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Types of plant protein glycosylation. The peptide chain is shown in gray, glycans are shown in color. In N-glycosylated proteins, glycans are linked to the protein chain via an amide bond with an asparagine residue in the Asn-X-Ser/Thr motif (sequon). O-glycosylation of proteins is carried out via the hydroxyl group of hydroxyproline, serine, and, less commonly, threonine.

Download (278KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Schematic representation of the main stages of plant N-glycosylation and N-glycan maturation in the endoplasmic reticulum (a) and Golgi apparatus (b). The scheme was compiled using the main stages and processing enzymes based on the materials proposed by Nagashima et al. [5] and Strasser [20] with our own modifications. Designations: DolP – dolichol phosphate; Asn – asparagine; OST – multisubunit oligosaccharyltransferase complex; CNX – calnexin; CRT – calreticulin. Enzymes involved in the formation of N-glycans: ALG (Asn-linked glycosylation) – enzymes catalyzing the assembly of dolichol pyrrophosphate-linked oligosaccharin; RTF1 – flippase; GCSI – α-glucosidase I; GCSII – α-glucosidase II; MNS3 – endoplasmic reticulum α-mannosidase I; MNS1/2 – Golgi apparatus α-mannosidase I; GnTI – N-acetylglucosaminyltransferase I; GnTII – N-acetylglucosaminyltransferase II; GMII – Golgi apparatus α-mannosidase II; XYLT– β-1,2-xylosyltransferase; FUT11/12 – core α-1,3-fucosyltransferase; FUT13 – α-1,4-fucosyltransferase; GALT1 – β-1,3-galactosyltransferase 1; HEXO1 – N-acetylhexaminosidase 1; HEXO 3 – N-acetylhexaminosidase 3.

Download (296KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Types of N-glycan structures of plant glycoproteins and their localization in the cell. High-mannose N-glycans are glycans containing exclusively mannose residues attached to the core oligosaccharide. Complex-type glycans carry β-1,2-linked xylose residues and α-1,3-linked fucose residues attached to the core oligosaccharide GlcNAc2Man3GlcNAc2. Lea-containing glycans are glycans with a terminal trisaccharide (Fucα1,4(Galβ1,3)GlcNAc). Low-mannose glycans (paucimannosidic type) are glycans that do not contain terminal N-glucosamine (GlcNAc) residues at their non-reducing ends. Hybrid glycans are glycans that have both GlcNAc and mannose residues at their terminal antennae.

Download (292KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».