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japonaisEtude sur la synthèse du ginsénoside
Le Ginseng (Panax Ginseng C. A. Mey), appartenant au genre Panax de la famille des Araliaceae, est une plante médicinale bien connue principalement distribuée dans le nord-est de la Chine, en corée et au Japon. Le Ginseng contient divers composants chimiques tels que des saponines, des polysaccharides, du polyacétylène et des flavonoïdes. Parmi eux, le ginsénoside est unMétabolite du ginseng et est son principal composant bioactif....... Il a une large gamme d’activités physiologiques et pharmacologiques, y compris la régulation du système immunitaire, anti-stress, hypoglycémique, anti-inflammatoire, antioxydant et effets anticancéreux. Son mécanisme d’action est principalement de mobiliser le corps et#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. Le marché global totalConsommation de ginsengEt produits connexes est estimé à avoir atteint 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
Le principal ingrédient actif pharmacologique du ginseng estginsenoside, 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,
A 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 croyait généralement queLes ginsénosides ont été synthétisés par la voie du mévalonate(voie MVA) pour synthétiser IPP et DMAPP, puis 2,3-oxokaurène, qui est ensuite modifié par hydroxylation et glycosylation pour finalement produire divers monomères 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.
Chez les plantes, la voie MVA existe dans le cytoplasme, tandis que la voie MEP se trouve dans les plastides [8]. Ils sont séparés, mais les processus de réaction sont effectués simultanément. Bien que ces deux voies existent dans deux espaces cellulaires différents, elles génèrent toutes deux la ppi. S’il y a un échange de ppi entre les deux voies et les détails de l’échange ont toujours été l’un des sujets chauds dans l’étude du métabolisme du terpène chez les plantes. Les chercheurs ont utilisé des inhibiteurs d’enzymes clés pour inhiber séparément les voies MVA et MEP, confirmant que les deux voies sont largement indépendantes l’une de l’autre, tout en constatant également que l’échange de ppi entre les deux voies se produit [9-10]. Par conséquent, dans une certaine mesure, la synthèse IPP des deux voies a une fonction compensatoire, ce qui peut également être l’une des raisons pour lesquelles la voie MEP n’a pas été découverte plus tôt dans les plantes. Cependant, à ce jour, il n’y a eu aucune recherche sur laParcours MEP dans le ginseng....... En outre, il reste à étudier si les deux voies ou une seule d’entre elles jouent un rôle important dans la synthèse du ginsénoside.
dansGinseng, les voies de biosynthèseDes stéroïdes et des triterpénoïdes partagent le même précurseur, 2,3-oxidosqualene, et les étapes de cyclization pour former 2,3-oxidosqualèneet 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 oxidosqualene cyclase (OSCS). Dans le ginseng, la β-amyrdanssynthase (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 le groupe hétérologue.Surexpression de Panax ginsengPgSS1[16], dans lequel 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) deCheveux 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 la plus importanteEnzyme biosynthétique 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. dansLe ginseng, un gène (numéro d’accession AB009031)Un codage pour la production de protopanaxatriol de ginsénoside a été identifié [20], ce qui suggère 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
Parmi les différents composants chimiques du ginseng, les ginsénosides sont ses principaux ingrédients actifs. Actuellement, la plupart des études ont porté sur les composants de la saponine. Avant que la voie MEP ne soit découverte dans les bactéries et les plantes, la voie MVA était considérée comme la seule voie synthétique pour laSynthèse des saponines triterpénoïdesDe l’ipp et DMAPP. Il a maintenant été démontré que la voie MEP existe dans une variété de plantes; Cependant, des recherches supplémentaires sont nécessaires sur le parcours du peoa dans le ginseng.
Des techniques de biologie moléculaire et d’enzymologie ont été efficacement utilisées pour révéler le mécanisme de la biosynthèse ginsénoside, et de plus en plus de séquences d’adnc complètes de gènes et de gènes candidats codantEnzymes liées à la biosynthèse du ginsénosideOnt 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 codantEnzymes impliquées dans la biosynthèse du ginsénosideOnt été RT-PCR [12-13] et EST analyse [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 en 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.
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