I CYP82D duplicati in tandem catalizzano 14

May 20, 2023

Nature Communications volume 14, numero articolo: 875 (2023) Citare questo articolo

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Il triptolide è un prezioso diterpenoide antitumorale multipotente contenuto nel Tripterygium wilfordii e il suo gruppo idrossile C-14 viene spesso selezionato per la modifica per migliorare sia la biodisponibilità che l'efficacia antitumorale. Tuttavia, il meccanismo per la formazione della 14-idrossilazione rimane sconosciuto. Qui, scopriamo 133 kb di CYP82D duplicati in tandem che codificano 11 geni sul cromosoma 12 e caratterizziamo CYP82D274 e CYP82D263 come 14-idrossilasi che catalizzano la griglia metabolica nella biosintesi del triptolide. I due CYP82D catalizzano l'aromatizzazione del miltiradiene, che è stato più volte segnalato come un processo spontaneo. I test in vivo e le valutazioni dei parametri cinetici dei CYP82D indicano l'affinità più significativa con l'acido deidroabietico tra più intermedi. Il precursore dell'acido 14-idrossi-deidroabietico viene prodotto con successo dal Saccharomyces cerevisiae ingegnerizzato. Il nostro studio fornisce elementi genetici per un'ulteriore delucidazione delle vie biosintetiche a valle e della produzione eterologa di triptolide e della biosintesi attualmente intrattabile di altri metaboliti secondari di tipo 14-idrossi labdano.

Uncino del Tripterygium wilfordii. F., una pianta medicinale conosciuta anche come Lei Gong Teng, è stata utilizzata in Cina per più di 500 anni (dinastia Ming, 1476 d.C.) per il trattamento di malattie autoimmuni e moderni studi farmacologici hanno dimostrato le sue estese proprietà antitumorali, antinfiammatorie, ed effetti immunosoppressori1,2. La radice è la principale parte medicinale del T. wilfordii e contiene fino a 415 componenti chimici, inclusi terpenoidi e alcaloidi3. Tra questo ricco tesoro di composti, il triptolide (1) contribuisce senza dubbio in modo importante alle proprietà farmaceutiche4.

Triptolide, un diterpenoide abeo-abietano 18 (4 → 3) con un gruppo tri-epossidico e una porzione lattone α, β-insatura (Fig. 1a), è stato progettato con molteplici derivati ​​artificiali basati sulla struttura, in particolare attraverso il carbonio-14 ( C-14), che sono state implementate per migliorarne la solubilità in acqua, e alcuni dei composti generati sono entrati in studi clinici (ClinicalTrials.gov), portando a un'enorme richiesta di triptolide. Tuttavia, il contenuto di 1 nella sua pianta nativa è di soli 139 ng·g−1 di peso secco5, e l'approccio di sintesi chimica mostra una bassa efficienza di sintesi e passaggi multipli a causa della complessità stereochimica della sua struttura (ad esempio, tre gruppi epossidici, lattone insaturo , e nove centri chirali)6. Sebbene le cellule meristematiche cambiali della tecnologia di coltura dei tessuti vegetali abbiano aumentato la resa a 138,1 µg·g−1 7, le strategie di biologia sintetica basate sulla delucidazione del percorso biosintetico sembrano essere un metodo più promettente, sostenibile e alternativo8,9 e sono state utilizzate con successo applicato per ottenere l'acquisizione eterologa di potenziali intermedi e triptonide analogico nei microrganismi10,11,12. Al contrario, prodotti naturali come tripdiolide (2), triptolidenolo (3) e triptriolide (4), che hanno lo stesso scheletro abeo-abietano 18 (4 → 3) e percorsi biosintetici simili di 1 (Fig. 1a), hanno anche molteplici proprietà farmaceutiche13. Chiarire il percorso biosintetico di 1 porterà in definitiva a vantaggi farmaceutici, economici e ambientali.

a Strutture dei principali diterpenoidi bioattivi di T. wilfordii. b Via biosintetica proposta del triptolide. Una freccia continua rappresenta una reazione identificata e una freccia tratteggiata indica un percorso sconosciuto. GGPP: Geranilgeranil difosfato. c Profili di coespressione di CYP con geni nella via biosintetica del triptolide. TwTPS7(v2), TwTPS27(v2) e CYP728B70 sono contrassegnati in rosso. I triangoli neri indicano i geni della sottofamiglia CYP82D che si raggruppano con geni funzionali identificati. L'ID del gene di CYP82D274 è TW12G01155.1. Periderm della radice (RB), floema della radice (RP), xilema della radice (RX), fascio vascolare dello stelo (PS), periderm dello stelo (SB) e foglia (L). I dati di origine vengono forniti come file di dati di origine.