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japonaisEtude sur la synthèse du ginsénoside
Ginseng (Panax ginsengC....... A. Mey), belonging to Le conseil des ministresgenus Panax dansthe family Araliaceae, is a well-known medicinal plant mainly distributed in northeastern China, Korea Et en plusJapan. Ginseng contains various chemical components such as saponins, polysaccharides, polyacetylene and flavonoids. Among them, ginsenoside is a secondary metabolite De laginseng and is its main bioactive component. It has a wide range De laphysiological and pharmacological activities, including immune system regulation, anti-stress, hypoglycemic, anti-inflammatory, antioxidant and anti-cancer effects. Its mechanism De laaction is mainly to mobilize the body&#Les facteurs internes, mobilisent les mécanismes neuroprotecteurs et les mécanismes immunitaires pour exercer leurs effets, sans presque aucune toxicité ou réaction indésirable.
Le Ginseng est actuellement l’un des#39; S les médicaments traditionnels chinois les plus vendus et est largement utilisé dans le monde entier. La consommation totale de ginseng et de produits connexes sur le marché mondial est estimée à 350 millions de dollars américains [1]. Cependant, la culture du ginseng est très difficile en raison de la longue période de culture (6-7 ans jusqu’à la maturité) et de graves maladies des plantes, telles que la maladie de la peau rouge et la pourriture des racines [1]. Par conséquent, les chercheurs ont étudié les cultures de tissus et de cellules de ginseng, telles que le tissu callus et les suspensions cellulaires, pour induire la formation de racines dans les racines normales par Agrobacterium tumefaciens, qui à son tour produit des ginsénosides. Cependant, l’efficacité de production des ginsénosides par cette méthode est très faible. Par conséquent, l’ingénierie métabolique est utilisée pour surproduire des ginsénosides [2-3], ce qui est une stratégie attrayante pour améliorer l’efficacité de production des ginsénosides.
1 aperçu des ginsénosides
The main pharmacological active ingredient De ginsengis ginsenoside, qui est une saponine triterpène. Les ginsénosides sont nommés RX (X = 0, A-1, A-2, B-1, B-2, B-3, C, D, E, F, 20-O-F, G-1, G-2, H-1,
À l’heure actuelle, il a été confirmé que les ginsénosides sont composés de plus de 100 ginsénosides, et plus de 40 ginsénosides ont été isolés, dont la plupart sont de type damarane, y compris de nouveaux ginsénosides récemment isolés des bourgeons de ginseng, du ginseng transformé, et des feuilles de ginseng. Parmi eux, les ginsénosides les plus étudiés et les plus remarquables sont Rb1, Rb2, Rc, Rd, Rg1, Rg2, Rg3, Re, Rf, Rh1 et Rh2 [6]. Les activités biologiques des ginsénosides récemment découverts doivent encore être étudiées.
2 biosynthèse des ginsénosides
Il existe deux voies de biosynthèse terpène chez les plantes, à savoir la voie MVA et la voie 2-c-méthyl-d-érythritol-4-phosphate (MEP). Auparavant, on estimait généralement que les ginsénosides étaient synthétiés par la voie du mévalonate (voie MVA) pour synthétiser la ppi et le DMAPP, puis le 2,3-oxokaurène, qui est ensuite modifié par hydroxylation et glycosylation pour finalement produire divers monomères du ginsénoside. Des études récentes ont montré que les plantes peuvent également utiliser les intermédiaires glycolytiques pyruvate et 3-phosphoglycérate comme précurseurs pour produire MEP par action enzymatique, et finalement IPP et DMAPP. Eisen-vaich et al. ont utilisé un traceur isotope C13 pour étudier la voie de biosynthèse du terpène anticancéreux paclitaxel, et les résultats ont montré que le paclitaxel est principalement synthétisé par la voie MEP [7]. Les ginsénosides sont également des terpénoïdes, mais il n’existe aucun rapport indiquant si la voie MEP existe dans le ginseng.
In plants, the MVA pathway is found to exist in the cytoplasm, while the MEP pathway is found in the plastids [8]. They are separated, but the reaction processes are carried out simultaneously. Although these two pathways exist in two different cellular spaces, they both generate IPP. Whether there is an exchange of IPP between the two pathways and the details of the exchange have always been one of the hot topics in the study of terpene metabolism in plants. Researchers have used inhibitors of key enzymes to inhibit the MVA and MEP pathways separately, confirming that the two pathways are largely independent of each other, while also finding that IPP exchange between the two pathways does occur [9-10]. Therefore, to some extent, the IPP synthesis of the two pathways has a compensatory function, which may also be one of the reasons why the MEP pathway in plants has not been discovered earlier. However, to date, there has been no research on the MEP pathway in ginseng. In addition, it remains to be studied whether both pathways or only one of them plays an important role in ginsenoside synthesis.
Dans le ginseng, les voies biosynthétiques des stéroïdes et des triterpénoïdes partagent le même précurseur, le 2,3-oxidosqualène, et les étapes de cyclization pour former le 2,3-oxidosqualène et la ramification sont les mêmes dans les deux voies. Dans le ginseng, la synthèse des phytostérols et des triterpénoïdes commence avec le produit de la cyclization 2,3-oxidosqualène catalysée par oxidosqualènecyclase (OSCS). Dans le ginseng, la β-amyrin synthase (β-AS), la dammarane synthase (DS) et la cycloartanol synthase (CS) appartiennent à la famille des oxidosqualene cythase (OSC) et sont situées au point de ramicité du triterpénoïde et du stérols biosynthèse (Figure 1). Le CAS catalyse la formation du cycloartanol, peut être utilisé comme précurseur pour les stérols végétaux. DS et β-AS sont tous deux des précurseurs des ginsénosides, DS fournissant le squelette dammarane tétracyclique pour la synthèse des ginsénosides de type dammarane et β-AS fournissant le squelette tétracyclique pour la synthèse des ginsénosides de type oléanane. Les intermédiaires dammarane et l’acide β-boswellique peuvent être convertis en ginsénosides par une série de réactions d’hydroxylation et de glycosylation [11-13]. On pense que le Cytochrome P450 est impliqué dans l’hydroxylation du squelette ginsénoside [14], tandis que les glycosyltransferases sont impliquées dans la glycosylation du squelette ginsénoside.
3 clonage et recherche sur les gènes codant des enzymes impliquées dans la biosynthèse du ginsénoside
Lee et al. [15] ont isolé le clone complet d’adnc de la SS (PgSS1, numéro d’accession: AB115496) grâce à l’analyse de l’es des bibliothèques d’adnc de feuilles de ginseng. PgSS1 est considéré comme un gène multi-copie ou un gène avec plusieurs introns. La surexpression de PgSS1 a augmenté l’activité de l’enzyme PgSS1, entraînant une augmentation significative de la teneur en stérols végétaux et en ginsénoside. Ces résultats indiquent que PgSS1 est non seulement une enzyme régulatrice clé dans la biosynthèse du phytostérol, mais aussi dans la biosynthèse du ginsénoside. Les mêmes résultats ont également été trouvés dans la surexpression hétérologue du Panax ginseng PgSS1 [16], dans laquelle les niveaux de phytostérols (B-sitosterol, stigmasterol) et de saponines triterpéniques ont augmenté de 2,0 à 2,5 fois dans le Panax ginseng transgénique. En outre, cela suggère que chez d’autres plantes, la surexpression hétérologue des gènes impliqués dans la biosynthèse de la saponine triterpène du ginseng peut être utilisée pour augmenter les niveaux de ginsénosides et éluder le mécanisme de biosynthèse des ginsénosides.
Kushiro et al. [12] ont isolé deux clones d’adnc homologues différents codant la β-synthase (PNY1 et PNY2) à partir de poils de racine de ginseng. Ces deux bêta-ânes peuvent avoir un ancêtre commun qui a évolué par de multiples copies et mutations au cours de l’évolution. La partie interne clé de l’enzyme qui forme la β-asarone (PNY1) a été déterminée. De plus, une étude de mutation dirigée sur le site de la PNY1 a permis d’identifier un seul résidu d’acide aminé, Tyr261, qui est essentiel pour la spécificité du produit. La β-amyrine et ses métabolites sont souvent spécifiques des tissus [17], ce qui peut expliquer pourquoi un seul type de saponine de type oléanane (Ro) a été identifié à partir du ginseng.
La Dammarane synthase (DS) est considérée comme l’enzyme biosynthétique la plus importante des ginsénosides. Sous son action catalytique, le 2,3-oxidosqualène est transformé en (20S)-dammarane, et non en (20R)-dammarane. Récemment, des chercheurs ont utilisé la technologie RT-PCR pour cloner le gène dammarane-II synthase [18]. Cette DS contient un ORF de 2310 bp codant pour un polypeptide de 770 acides aminés, et la masse moléculaire prédite de ce polypeptide est de 88,3 kDa. En outre, l’interférence d’arn DS dans le ginseng transgénique peut réduire l’expression de DS, ce qui entraîne une réduction de 84,5 % de la production de saponine dans les racines de ginseng [19]. Ces résultats indiquent que la DS est une enzyme clé impliquée dans la biosynthèse du ginsénoside, et par conséquent la surexpression de DS peut améliorer considérablement la biosynthèse du ginsénoside.
Jusqu’à présent, seuls les SS, DS, βas et CS ont été étudiés. Dans le ginseng, un gène (numéro d’accession AB009031) codant pour la production de protopanaxatriol de ginsénoside a été identifié [20], suggérant une nouvelle voie de synthèse du stérol végétal dans le ginseng. De plus, les résultats de l’analyse par tag de séquence d’expression (EST) de bibliothèques d’adnc de différents tissus du ginseng [5, 14, 21] ont montré que des gènes candidats liés à la biosynthèse du ginsénoside codent des enzymes telles que HMGR, FRS, geranylgeranyl diphosphate synthase, cytochrome P450, glycosyltransférase, β-glucosidase et lupeol synthase (LUS).
4 perspectives
Among the various chemical components of ginseng, ginsenosides are its main active ingredients. Currently, most studies have focused on the saponin components. Before the MEP pathway was discovered in bacteria and plants, the MVA pathway was considered the only synthetic route for the synthesis of triterpenoid saponins from IPP and DMAPP. The MEP pathway has now been shown to exist in a variety of plants; however, more research is needed on the MEP pathway in ginseng.
Des techniques de biologie moléculaire et d’enzymologie ont été utilisées efficacement pour révéler le mécanisme de la biosynthèse du ginsénoside, et des séquences d’adc de plus en plus complètes de gènes et de gènes candidats codant des enzymes liées à la biosynthèse du ginsénoside ont été obtenues. En outre, la technologie EST a été largement utilisée pour le clonage de gènes et l’expression de la squalène synthase (HMGR, FPS, farnesyl diphosphate synthase, SE) nécessaires à la synthèse du ginsénoside et des enzymes nécessaires aux étapes ultérieures (cytochrome P450, glycosyltransférase, B-glucosidase). De plus, la découverte du gène candidat pour la synthèse du lupéol et du lanosterol dans le ginseng a amélioré la compréhension des voies métaboliques du ginseng. Traditionnellement, les racines de ginseng ont été considérées comme le tissu principal pour la biosynthèse du ginsénoside. Cependant, la DS responsable de la plus grande partie de la biosynthèse du ginsénoside est exprimée au plus haut niveau dans les boutons de fleurs de ginseng [19]. Cela suggère que les boutons de fleurs de ginseng pourraient être un matériau idéal pour disséquer davantage la voie de biosynthèse du ginsénoside.
Jusqu’à présent, les principales méthodes utilisées pour identifier les gènes codant des enzymes impliquées dans la biosynthèse du ginsénoside ont été l’analyse RT-PCR [12-13] et l’analyse EST [5, 14, 21]. Une bibliothèque de chromosomes artificiels bactériens du ginseng basée sur la génomique du ginseng A été construite. Ces ressources peuvent être utilisées non seulement pour identifier les gènes liés aux ginsénosides, mais aussi pour élucider les mécanismes de régulation de l’expression génétique. Ces dernières années, l’arni est devenue un moyen technique très efficace dans l’ingénierie métabolique des plantes. Il peut effectivement inhiber l’expression de gènes spécifiques et peut être utilisé comme outil pour la découverte future de gènes impliqués dans la régulation métabolique et la vérification fonctionnelle du ginseng. L’utilisation de la technologie de l’arni peut analyser des gènes liés à la synthèse du ginsénoside à grande échelle et avec un rendement élevé, et peut identifier plus efficacement et avec plus de précision les gènes de régulation métabolique possibles et vérifier leur fonction [22]. A l’heure actuelle, bien que des progrès substantiels aient été réalisés dans la découverte de la voie de synthèse ginsénoside, la recherche sur le niveau catalytique des enzymes concernées n’a pas encore été effectuée. En outre, les étapes ultérieures de la biosynthèse du ginsénoside doivent encore être clarifiées, et il y a encore un long chemin à parcourir pour analyser la biosynthèse des ginsénosides.
Les saponines de Ginseng sont un composant important des métabolites secondaires, et leur contenu et leur composition sont principalement déterminés par les enzymes clés dans la biosynthèse et leur niveau d’expression dans les cellules. Le métabolisme des stérols et des triterpénoïdes végétaux est un processus très complexe et dynamique régulé par de multiples facteurs. Il reste encore beaucoup de questions à répondre avant que la voie métabolique des ginsénosides puisse être complètement élucidée. Cependant, compte tenu de l’importance économique et pharmacologique du ginseng, c’est toujours un domaine important qui mérite d’être étudié.
Référence:
[1]HONG S G,LEE K H,KWAK J,et al.diversité des levures associées au Panax ginseng[J]. Journal of Microbiology,2006,44: 674-679.
[2] [traduction] Wu Qiong, Zhou Yingqun, Sun Chao, et al. Biosynthèse du ginsénoside et ingénierie du métabolisme secondaire [J]. Chinese Journal of Biological Engineering, 2009, 29(10): 102-108.
[3]LIANG Y,ZHAO S. Progrès dans la compréhension de la biosynthèse du ginsénoside [J]. Plant Biology,2008,10:415-421.
[4]OKAZAKI H,TAZOE F,OKAZAKI S,et al.augmentation de la biosyn- thèse du cholestérol et hypercholestérolémie chez les souris surexpressant la squalène synthase dans le foie [J]. Journal of Lipid Research,2006,47: 1950-1958.
[5]KIM M K,LEE B S,IN J G,et al. (ESTs) of Feuille de ginseng [J]. plante cellule Rep,2006,25: 599 -606.
[6]HELMS S. Prévention du Cancer et thérapeutique: Panax ginseng[J]. Alterna- tive Medicine Review,2004,9: 259-274.
[7]EISENVAICH W,MENHARD B,HYLANDST P J,et al.études sur la bi- osynthèse du taxol: le squelette carbone de taxane n’est pas d’origine mévalonoïde [J]. Biochemistry,1996,93: 6431-6436.
[8]SEEMANN M,TSE SUM BUI B,WOLFF M,et al.biosynthèse de l’isoprénoïde dans les chloroplastes végétaux par la voie MEP: photoréduction indépendante directe du thylakoid/ferredoxde GcpE/ IspG[J]. Lettres FEBS,2006,580: 1547 - 1552.
[9]HEMMERLIN A,HOEFFLER J F,MEYER O,et al. Le mévalonate cytosolique et les voies plasmatiques du phosphate de méthylerythritol Dans le tabac jaune brillant 2 cellules [J]. Journal of Biological Chemistry,2003,278: 26666-26676.
[10]ROHDICH F,ZEPECK F,ADAM P,et al.la voie du phosphate de désoxylulose de la biosynthèse de l’isoprénoïde: études sur les mécanismes des re- actions catalysées par la protéine IspG et IspH [J]. Proceedings of the national Academy of Sciences,USA,2003,100: 1586-1591.
[11]KUSHIRO T,OHNO Y,SHIBUYA M,et al.conversion in vitro du 2,3-oxidosqualène en dammarénediol par Panax ginseng microsomes[J]. Bulletin biologique et pharmaceutique,1997,20: 292-294.
[12]KUSHIRO T,SHIBUYA M,EBIZUKA Y. Bêta-amyrin synthase: clonage d’oxidosqualene cyclase qui catalyse la formation du triterpène le plus populaire parmi les plantes supérieures [J]. Eur J Biochem,1998,256: 238-244.
[13] KUSHIRO T,SHIBUYA M,EBIZUKA Y. moléculaire Le clonage of Ox - idosqualene cyclase adnc de Panax ginseng: l’isogène qui code betaamyrin Synthase. Vers le haut naturel médecine La recherche dans le 21e session Siècle [J]. Extrait de Medica International congrès Série,1998,1157: 421-428.
[14]JUNG J D,HAHM Y,HUR C G,et al.découverte de gènes pour la biosynthèse du ginsénoside par Analyse des données of ginseng Exp contraint séquence Balises [J]. Plant celluleRep,2003,22: 224-230.
[15]LEE M H,JEONG J H,SEO J W,et al.triterpène amélioré et phytos- terol biosynthèse in Panax ginseng surexpression squalene Gène synthase [J]. Physiol des cellules végétales,2004,45 (8) (en anglais) Numéro de téléphone: 976-984.
[16]SEO J W,JEONG J H,SHIN C G,et al. Eleutherococcus senticosus Les augmentations phytostérol and Accumulation de triterpène [J]. Phytochemistry,2005,66: 869-877.
[17]PHILLIPS D R,RASBERY J M,BARTEL B,et al diversité biosynthétique Dans la cyclisation triterpène des plantes [J]. Current Opinion in Plant Biology,2006, 9: 305-314.
[18]PIMPIMON TANSAKUL M S,TETSUO KUSHIRO,YUTAKA EBIZUKA. Dammarenediol-II synthase, la première enzyme dédiée à la bi- osynthèse du ginsénoside, dans le Panax ginseng[J]. Lettres FEBS,2006,580: 5143-5149.
[19]HAN J Y,KWON Y S,YANG D C,et al. of the Gène de dammarénediol synthase dans Panax ginseng[J]. Plant Cell Physiol,2006,47 (12) : 1653-1662.
[20]SUZUKI M,XIANG T,OHYAMA K,et al.Lanosterol synthase indicotyle- donous plants[J]. Plant & Cell Physiology,2006,47: 565-571.
[21]CHOI D W,JUNG J,HA Y I,et al.analyse des transcriptions dans les racines poilues de ginseng traité au manate de méthyle pour identifier les gènes impliqués dans la bio- synthèse des ginsénoides et autres Métabolites secondaires [J]. plante Cell Rep,2005,23: 557-566.
[22] Pan Xichun, Sun Min, Zhang Lei et al. L’interférence de l’arn et son application dans l’ingénierie métabolique des plantes médicinales [J]. Chinese Herbal Medicine, 2005, 36(9): 1281-1284.
