コカインの生物合成経路の発見と工学
Yong-Jiang Wang1,2, Jian-Ping Huang1,3, Tian Tian1,2
1State Key Laboratory of Phytochemistry and Plant Resources in West China, and CAS Center for Excellence in Molecular Plant Sciences, Kunming Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650201, China.
科学者はコカインの生物合成に不可欠な 2つの鍵となる酵素である EnCYP81AN15 と EnMT4 を特定しました この発見はトロパンのアルカロイド経路を明らかにし,これらの化合物の潜在的な製薬生産を可能にします.
科学分野:
- 植物生化学
- メタボリック・エンジニアリング
- 自然製品の生物合成
背景:
- コカインは,Erythroxylum植物からのトロパンアルカロイドであり,局所麻酔剤として臨床的に使用されます.
- トロパンの骨格の前駆体であるメチルゴノンの生物合成は,ほとんど知られていなかった.
- コカインの生合成における酵素の段階の順序に関する以前の仮説は不完全であった.
研究 の 目的:
- コカインのバイオシンセシスの酸化サイクルとメチル化のステップに 欠けている酵素を特定する.
- トロパン骨格の形成における酵素反応の正しい配列を明らかにする.
- コカインのバイオシンセシスの再構築を heterologous システムで可能にする.
主な方法:
- ニコチア・ベンタミアナの候補遺伝子 (*En*CYP81AN15 と *En*MT4) の一時的な発現
- 酵素作用を決定する生化学的測定法で,4-[1-メチル-2-ピロリジニル]-3-オキシブタノ酸 (MPOA) をメチルゴノンに変換する.
- 特定された既知の遺伝子を用いて,コカインの生合成経路を再構築する.
主要な成果:
- 2つの酵素,シトクロームP450 *En*CYP81AN15とメチルトランスフェラーゼ *En*MT4は,コカインの生物合成に不可欠であると特定されました.
- *En*CYP81AN15は, *S*-MPOAの酸化サイクルをエクゴノンに触媒化する.
- *En*MT4はエグノンをメチル化してメチルゲノンを形成し,正しい生物合成順序を確立する.
- 6つの遺伝子を用いてコカインの新たな再構成を成功させた.
結論:
- この研究は,コカインの生物合成経路がほぼ完全であることを明らかにし,以前の仮定を修正しました.
- 植物におけるトロパンアルカロイドの代謝経路に関する重要な洞察を提供します.
- トロパンのアルカロイドの異質合成を可能にし,医薬品開発に重大な影響を及ぼします.
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