发现和工程可卡因生物合成途径
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.
科学家发现了两种关键酶EnCYP81AN15和EnMT4, 这一发现澄清了多类化合物通路,并使这些化合物的潜在制药生产成为可能.
科学领域:
- 植物生物化学
- 代谢工程
- 自然产品的生物合成
背景情况:
- 可卡因是一种来自Erythroxylum植物的类化合物,在临床上被用作局部麻醉剂.
- 一个关键的骨前体甲基高的生物合成在很大程度上是未知的.
- 之前关于可卡因生物合成酶序的假设是不完整的.
研究的目的:
- 确定可卡因生物合成中的氧化循环和甲基化过程中缺失的酶.
- 为了阐明特罗潘骨架形成中的酶反应的正确序列.
- 让可卡因生物合成在异质系统中重新重建.
主要方法:
- 在Nicotiana benthamiana中,候选基因 (*En*CYP81AN15和*En*MT4) 的过渡表达.
- 生物化学试验,以确定4--1-甲基-2-利丁烯-3-酸 (MPOA) 转化为甲基的酶功能.
- 使用已识别和已知的基因重新构建可卡因生物合成途径.
主要成果:
- 鉴定出两种酶,即P450 *En*CYP81AN15和甲基转移酶 *En*MT4,对于可卡因生物合成至关重要.
- *En*CYP81AN15催化了*S*-MPOA的氧化循环转化为生态.
- *En*MT4会甲基化以形成甲基甲,从而建立正确的生物合成顺序.
- 在N. benthamiana中使用6个基因成功重建可卡因.
结论:
- 这项研究揭示了可卡因的近乎完整的生物合成途径,纠正了之前的假设.
- 提供了关键的洞察力,对植物中类化合物的代谢途径.
- 能够合成多类类化合物,对药物开发有重大影响.
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