Tăng cường tổng hợp các diterpenes abietane sinh học hoạt tính bằng cách overexpress các gen AtDXS hoặc AtDXR trong rễ tóc của cây Salvia sclarea

Plant Cell, Tissue and Organ Culture - Tập 119 - Trang 65-77 - 2014
Mariacarmela Vaccaro1, Nicola Malafronte1, Mariaevelina Alfieri1, Nunziatina De Tommasi1, Antonietta Leone1
1Department of Pharmacy, University of Salerno, Fisciano, Italy

Tóm tắt

Diterpenoids là các hợp chất quan trọng cho sự sống còn của cây và có những đặc tính có lợi cho con người. Các diterpenes abietane sinh học hoạt tính được tổng hợp trong rễ của cây Salvia sclarea (ví dụ: aethiopinone, 1-oxoaethiopinone, salvipisone và ferruginol), nhưng ở mức độ rất thấp (khoảng 1% trọng lượng khô của rễ). Để tăng cường tổng hợp loại hợp chất thú vị này, các gen AtDXS (d-xylulose 5-phosphate synthase) hoặc AtDXR (1-deoxy-d-xylulose 5 phosphate reductoisomerase), mã hóa cho các enzyme thượng nguồn của con đường terpenoid phụ thuộc vào 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate (MEP), đã được biểu hiện ngoài tại các rễ tóc S. sclarea. Phân tích metabolism định lượng có mục tiêu (HPLC–DAD) đã cho thấy ba dòng rễ độc lập, biểu hiện các mức độ khác nhau của bản sao và protein DXS hoặc DXR, đã tổng hợp một lượng lớn hơn đáng kể các diterpenes abietane so với dòng rễ tóc đối chứng được biến đổi với vector rỗng. Sự gia tăng này phụ thuộc vào gen, khi sự overexpress của AtDXR đã kích hoạt sự gia tăng 4,4 lần của aethiopinone, một diterpene tricyclic loại quinone abietane. Hơn nữa, aethiopinone đã được chứng minh có tính độc tế bào đối với các dòng tế bào khối u rắn khác nhau, với hiệu ứng cao nhất trên dòng tế bào u mêlanoma người A375 (IC50 11,4 µM). Tổng thể, các kết quả này cho thấy có thể tăng cường dòng chảy metabolism hướng tới tổng hợp các diterpenes abietane trong rễ tóc S. sclarea bằng cách overexpress các gen tham gia vào các bước đầu tiên của con đường MEP, và cung cấp những cái nhìn mới cho việc sản xuất quy mô lớn loại hợp chất này, với khả năng ứng dụng trong điều trị ung thư.

Từ khóa

#Diterpenoids #abietanic diterpenes #Salvia sclarea #AtDXS #AtDXR #MEP-pathway #cancer treatment

Tài liệu tham khảo

Carretero-Paulet L, Ahumada I, Cunillera N, Rodríguez-Concepción M, Ferrer A, Boronat A, Campos N (2002) Expression and molecular analysis of the Arabidopsis DXR gene enconding 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase, the first committed enzyme of the 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate pathway. Plant Physiol 129:1581–1591

Chappell J (1995) Biochemistry and molecular biology of the isoprenoid pathway in plants. Annu Rev Plant Mol Biol 46:521–547

Dat NT, Jin X, Lee JH, Lee D, Hong YS, Lee K, Kim YH, Lee JJ (2007) Abietane diterpenes from Salvia miltiorrhiza inhibit the activation of hypoxia-inducible factor-1. J Nat Prod 70:1093–1097

Doyle JJ, Doyle JL (1990) A rapid total DNA preparation procedure for fresh plant tissue. Focus 12:13–15

Lois LM, Campos N, Putra SR, Danielsen K, Rohmer M, Boronat A (1998) Cloning and characterization of a gene from Escherichia coli encoding a tranketolase-like enzyme that catalyzes the synthesis of D-1-deoxyxylulose 5 –phosphate, a common precursor for isoprenoid, thiamin, and pyridoxol biosynthesis. Proc Natl Acad Sci USA 95:2105–2110

Topcu G, Goren AC (2007) Biological activity of diterpenoids isolated from Anatolian laminaceae plants. Rec Nat Prod 1:1–16

Xiang L, Zeng L, Yuan Y, Chen M, Wang F, Liu X, Zeng L, Lan X, Liao Z (2012) Enanchement of artemisinin biosynthesis by overexpressing dxr, cyp71av1 and cpr in the plants of Artemisia annua L. Plant Omics J 5:503–507