| تعداد نشریات | 286 |
| تعداد نشریات سازمان | 84 |
| تعداد شماره‌ها | 3,019 |
| تعداد مقالات | 33,736 |
| تعداد مشاهده مقاله | 44,976,866 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 46,604,643 |
شناسایی ژن مربوط به آنزیم P450 مسئول تولید آلکالوئید کیلانتیفولین درگیاه Chelidonium majus L. با استفاده از مخمّر مهندسی ژنتیک شده Pichia pastoris | ||
| تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایران | ||
| مقاله 8، دوره 37، شماره 6 - شماره پیاپی 110، بهمن و اسفند 1400، صفحه 989-1000 اصل مقاله (881 K) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijmapr.2021.356257.3071 | ||
| نویسندگان | ||
| مهدی یحیی زاده* 1؛ نجمه هادی1؛ زهرا شیرازی2؛ کامکار جایمند3؛ خلیل کریم‌زاده اصل1؛ مریم مکی زاده تفتی1؛ سمیه فکری قمی4؛ مهشید رحیمی فرد1؛ مینا کوه جانی گرجی1؛ فاطمه عسکری1؛ زهرا بهراد4؛ دیرک زلمار5 | ||
| 1استادیار، بخش تحقیقات گیاهان دارویی، مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران | ||
| 2استادیار، بخش تحقیقات زیست‌فناوری، مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران | ||
| 3دانشیار، بخش تحقیقات گیاهان دارویی، مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران | ||
| 4کارشناس ارشد، بخش تحقیقات گیاهان دارویی، مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران | ||
| 5استاد، مؤسسه زیست گیاهی، دانشگاه برانشوایگ، برانشوایگ، آلمان | ||
| چکیده | ||
| گیاهان منشأ اصلی تولید متابولیت‌های ثانویه با ارزش دارویی بالا می‌باشند. مهمترین عضو این ترکیب‌های با ارزش، آلکالوئیدها با مصارف مختلف دارویی هستند. با توجه به تولید محدود برخی از این مواد در گیاهان، به‌عنوان روش جایگزین، با شناسایی و انتقال ژن‌های مسئول سنتز آنزیم‌های سازنده آلکالوئیدها از گیاهان به میکروارگانیسم‌ها می‌توان به‌صورت تجاری این گونه از مواد دارویی را به‌صورت طبیعی تولید کرد. در این راه، شناسایی ژن‌های مسئول آنزیم‌های سنتزکننده قدم نخست چنین اقدامی است. در بین آنزیم‌های سنتزکننده ترکیب‌های آلکالوئیدی، آنزیم‌های سیتوکروم P450 نقش مهمی دارند. با توجه به وابستگی این آنزیم‌ها به وجود شبکه اندوپلاسمی و خصوصیات گلیکوپروتئینی این آنزیم‌ها، نمی‌توان آنها را در سیستم‌های باکتریایی استاندارد بیان کرد. بنابراین می‌توان از میزبان‌های یوکاریوتی مانند مخمّر یا سلول حشرات برای بیان آنها استفاده کرد. در این تحقیق، با استفاده از توالی آمینو اسیدی شناخته شده کیلانتیفولین سنتاز گیاه شقایق کالیفرنیایی و مقایسه فیلوژنی این توالی با توالی‌های آمینو اسیدی هومولوگ گیاه مامیران بدست‌آمده از پایگاه داده بیوانفورماتیک، به‌صورت نظری شش آنزیم سیتوکروم P450 با درصد هومولوژی بالا مسئول سنتز آنزیم کیلانتیفولین سنتاز در گیاه مامیران (Chelidonium majaus L.) شناسایی شد. برای اثبات عملی کارآیی این آنزیم‌ها، ژن‌های آنها در وکتور pPIC3.5 کلون شده و بعد با انتقال این وکتورهای نوترکیب به سلول مخمّر Pichia pastoris و در اختیار قرار دادن آلکالوئید اسکولرئین، تولید آلکالوئید کیلانتیفولین توسط میکروب‌های انتقال ژن داده شده توسط دستگاه LC-MS بررسی گردید. نتایج نشان داد که از بین ژن‌های کلون و معرفی شده آن آنزیم‌ها به میزبان مخمّر، تنها آنزیم Contig8931 فعالیت کیلانتیفولین سنتازی دارد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| آنزیم‌های P450؛ ایزوکینولین آلکالوئید؛ تولید میکروبی؛ مخمّر | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Characterization of P450 enzyme gene responsible for Cheilanthifoline alkaloid in greater celandine (Chelidonium majus L.) by transgenic yeast Pichia pastoris | ||
| نویسندگان [English] | ||
| M. Yahyazadeh1؛ N. Hadi1؛ Z. Shirazi2؛ K. Jaimand3؛ Kh. Karimzadeh Asl1؛ M. Makizadeh Tafti1؛ S. Fekri Qomi4؛ M. Rahimifard1؛ M. Gorji1؛ F. Askari1؛ Z. Behrad4؛ D. Selmar5 | ||
| 1Research Institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran | ||
| 2Research Institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran | ||
| 3Research Institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran | ||
| 4Research Institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran | ||
| 5Institute of Plant Biology, TU Braunschweig, Mendelssohnstr, Braunschweig, Germany | ||
| چکیده [English] | ||
| Plants are the main sources of secondary metabolites with high medical value. The most important member of these valuable compounds are alkaloids with the different drug purposes. Concerning the limited production of some of these metabolites in the plants, these medicinal compounds can be produced naturally and commercially with the identification and transfer of alkaloids-producing enzymes corresponding plant genes to the microorganisms as an alternative method. In this way, the characterization of the corresponding genes is the first step. Among the different enzymes involved in the alkaloid biosynthesis, the cytochrome P450 enzymes play an important role. Due to the endoplasmic reticulum (ER) localization of these enzymes and their glycoprotein characters, they cannot be expressed functionally in the standard bacterial systems. Consequently, the heterologous expression aimed to verify the enzymatic activity can favorably be performed using the eukaryotic systems, like yeast or insect cells. Herein, in this study, with employing a phylogenic comparison of cheilanthifoline synthase sequence of Eschscholzia californica Cham. and comparing the sequence with the homolog amino acid sequences of Chelidonium majus L. achieved from bioinformatics databases, six cytochrome P450 enzymes responsible for cheilanthifoline synthase in Ch. majus were identified. To prove the efficacy of these enzymes practically, their genes were cloned into the pPIC3.5 vector. Then, these recombinant vectors were transferred to the yeast cell (Pichia pastoris) and the scoulerine alkaloid was given to its media. Finally, the cheilanthifoline alkaloid microbial production by P. pastoris containing the recombinant plasmids was evaluated by LC-MS. The results of the present study indicated that among the enzymes genes cloned and introduced to the yeast host, only the Contig8931 enzyme had the cheilanthifoline synthase activity. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| P450 enzymes, isoquinoline alkaloids, microbial production, yeast | ||
| مراجع | ||
|
- Amirkia, V. and Heinrich, M., 2014. Alkaloids as drug leads-A predictive structural and biodiversity-based analysis. Phytochemistry Letters, 10: xlviii-liii. - Briskin, D.P., 2000. Medicinal plants and phytomedicines. Linking plant biochemistry and physiology to human health. Plant physiology, 124: 507-514. - Brown, S., Clastre, M., Courdavault, V. and O'Connor, S.E., 2015. De novo production of the plant-derived alkaloid strictosidine in yeast. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 112: 3205-3210. - Bynum, W.F. and Porter, R., 2013. Companion Encyclopedia of the History of Medicine. Taylor and Francis, Hoboken, 1856p. - Chemler, J.A. and Koffas, M.A.G., 2008. Metabolic engineering for plant natural product biosynthesis in microbes. Current Opinion in Biotechnology, 19: 597-605. - Clayden, J., Greeves, N., Warren, S. and Wothers, P., 2001. Organic Chemistry. Oxford University Press, New York, NY, 1264p. - DeLoache, W.C., Russ, Z.N., Narcross, L., Gonzales, A.M., Martin, V.J.J. and Dueber, J.E., 2015. An enzyme-coupled biosensor enables (S)-reticuline production in yeast from glucose. Nature Chemical Biology, 11: 465-471. - Galanie, S., Thodey, K., Trenchard, I.J., Interrante, M.F. and Smolke, C.D., 2015. Complete biosynthesis of opioids in yeast. Science, 349(6252): 1095-1100. - Gesell, A., Chávez, M.L.D., Kramell, R., Piotrowski, M., Macheroux, P. and Kutchan, T.M., 2011. Heterologous expression of two FAD-dependent oxidases with (S)-tetrahydroprotoberberine oxidase activity from Argemone mexicana and Berberis wilsoniae in insect cells. Planta, 233: 1185-1197. - Hamann, T. and Møller, B.L., 2007. Improved cloning and expression of cytochrome P450s and cytochrome P450 reductase in yeast. Protein Expression and Purification, 56: 121-127. - Ikezawa, N., Tanaka, M., Nagayoshi, M., Shinkyo, R., Sakaki, T., Inouye, K. and Sato, F., 2003. Molecular cloning and characterization of CYP719, a methylenedioxy bridge-forming enzyme that belongs to a novel P450 family, from cultured Coptis japonica cells. The Journal of Biological Chemistry, 278: 38557-38565. - Ikezawa, N., Iwasa, K. and Sato, F., 2009. CYP719A subfamily of cytochrome P450 oxygenases and isoquinoline alkaloid biosynthesis in Eschscholzia californica. Plant Cell Reports, 28: 123-133. - Lee, S.Y., Kim, H.U., Park, J.H., Park, J.M. and Kim, T.Y., 2009. Metabolic engineering of microorganisms: general strategies and drug production. Drug Discovery Today, 14: 78-88. - Li, Y., Li, S., Thodey, K., Trenchard, I., Cravens, A. and Smolke, C.D., 2018. Complete biosynthesis of noscapine and halogenated alkaloids in yeast. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 115: E3922-E3931. - Marner, W.D., 2009. Practical application of synthetic biology principles. Biotechnology Journal, 4: 1406-1419. - Matsumura, E., Nakagawa, A., Tomabechi, Y., Ikushiro, S., Sakaki, T., Katayama, T., Yamamoto, K., Kumagai, H., Sato, F. and Minami, H., 2018. Microbial production of novel sulphated alkaloids for drug discovery. Scientific Reports, 8: 7980. - Newman, D.J. and Cragg, G.M., 2012. Natural products as sources of new drugs over the 30 years from 1981 to 2010. Journal of Natural Products, 75: 311-335. - Oliveira, A.R.M. and Szczerbowski, D., 2009. Quinine: 470 years of history, controversy and science development. Química Nova, 32: 1971-1974. - Peplow, M., 2016. Synthetic biology's first malaria drug meets market resistance. Nature, 530: 389-390. - Pham, J.V., Yilma, M.A., Feliz, A., Majid, M.T. and Maffetone, N., 2019. A review of the microbial production of bioactive natural products and biologics. Frontiers in Microbiology, 10: 1404. - Raskin, I., Ribnicky, D.M., Komarnytsky, S., Ilic, N. and Poulev, A., 2002. Plants and human health in the twenty-first century. Trends in Biotechnology, 20: 522-531. - Sato, F. and Kumagai, H., 2013. Microbial production of isoquinoline alkaloids as plant secondary metabolites based on metabolic engineering research. Proceedings of the Japan Academy. Series B, Physical and biological sciences, 89: 165-182. - Schäfer, H. and Wink, M., 2009. Medicinally important secondary metabolites in recombinant microorganisms or plants: progress in alkaloid biosynthesis. Biotechnology Journal, 4: 1684-1703. - Simmons, J.G., 2002. Doctors and discoveries: Lives that created today's medicine. Houghton Mifflin, Boston, 448p. - Song, M.C., Kim, E.J., Kim, E., Rathwell, K., Nam, S.J. and Yoon, Y.J., 2014. Microbial biosynthesis of medicinally important plant secondary metabolites. Natural product reports, 31: 1497-1509. - Townsend, C.A. and Ebizuka, Y., 2010. Natural Products Structural Diversity-I, Secondary Metabolites. Organization and biosynthesis. Elsevier, Boston, 997p. - Zhou, H., Xie, X. and Tang, Y., 2008. Engineering natural products using combinatorial biosynthesis and biocatalysis. Current Opinion in Biotechnology, 19: 590-596. - Zhou, K., Qiao, K., Edgar, S. and Stephanopoulos, G., 2015. Distributing a metabolic pathway among a microbial consortium enhances production of natural products. Nature biotechnology, 33: 377-383. - Ziegler, J., Facchini, P.J., Geissler, R., Schmidt, J., Ammer, C. and Kramell, R., 2009. Evolution of morphine biosynthesis in opium poppy. Phytochemistry, 70: 1696-1707. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,490 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 464 |
||