Los triterpenos son uno de los más grandes y más familias estructuralmente diversas de productos naturales. A pesar de su inmensa diversidad, triterpeno todos los productos naturales se creen para ser derivado del mismo precursor lineal 2,3-oxidosqualene, un producto de la vía del mevalonato en plantas. Ciclización del oxidosqualene 2.3 es iniciado y controlado por una familia de enzimas denominado cyclases del oxidosqualene (OSCs). Este paso de ciclización representa el primer nivel de diversificación, con cientos de andamios diferentes triterpeno haber divulgado de la naturaleza1. Estos andamios están más diversificados por sastrería enzimas incluyendo pero no limitado a, cytochrome p450s (CYP450s)1,2. Tales vías biosintéticas pueden llevar a complejidad inmensa, a veces dando por resultado productos finales que son apenas reconocibles desde el triterpeno del padre. Por ejemplo, la estructura compleja de la potente insecticida y antialimentario limonoide de azadiractina se cree que derivan de un triterpeno tetracíclico de los tirucallane tipo3.
Muchos derivados de triterpenos productos naturales, incluso aquellos con andamios de padres relativamente sin modificar, han demostrado poseer actividad biológica medicinal relevantes4,5,6,7. Sin embargo, hasta ahora este potencial no se ha traducido en una gran cantidad de medicamentos derivados de triterpenos en la clínica. Podría decirse que se trata (al menos parcialmente) una consecuencia de acceso sintético práctico limitado a esta clase de compuesto, un problema que puede sofocar la exploración de las relaciones estructura-actividad y desarrollo de llevar candidatos por tradicionales medicinales flujos de trabajo de química.
La expresión transitoria de las enzimas biosintéticas triterpeno de otras especies de plantas en hojas de N. benthamiana puede desviar fuentes endógenas de 2,3-oxidosqualene hacia la producción de nuevos productos de alto valor triterpeno (figura 1). Este proceso puede utilizarse para caracterizar funcionalmente enzimas candidato y reconstruir las vías de biosíntesis de metabolitos natural importantes. Igualmente, también puede ser explotada en enfoques biosíntesis combinatorios triterpeno nuevos productos, una estrategia que puede resultar en bibliotecas de análogos estructuralmente relacionados, que permite la exploración sistemática de las relaciones estructura y actividad de plomo biológicamente activo, compuestos de8,9.
Agroinfiltration es un medio eficiente y simple para lograr la expresión transitoria en hojas de N. benthamiana . El proceso consiste en la infiltración de hojas con una suspensión de a. tumefaciens llevando la expresión binaria construct(s) de interés. Esto se logra mediante la aplicación de presión que fuerza el líquido a través de los estomas, desplazando el aire en el espacio intercelular y sustituirla por la suspensión de a. tumefaciens . La bacteria transferir las respectivas DNAs de T al interior de las células de la planta, dando por resultado la expresión de la proteína localizada y transitoria en el tejido de la hoja infiltrada.
Mientras que cualquier vector binario adecuado para generar plantas transgénicas puede ser empleado para la expresión transitoria, utilizamos derivados del fríjol mosaico Virus CPMV Hypertranslational (HT) proteína expresión sistema10, 11. en este sistema el gen de interés es flanqueado por regiones no traducidas (UTR) de CPMV RNA-2. El UTR 5' contiene modificaciones dando como resultado niveles muy elevados de la traducción de la proteína con ninguna dependencia de la replicación viral12. Esta técnica se ha convertido en la serie de vector binario de fácil y rápido (pEAQ) que incluye la recombinación específica del sitio clonación compatible con protocolo de construcciones (pEAQ -HT- DEST)10,11. La mayoría pEAQ vectores contienen también un tomate achaparramiento arbustivo derivado de virus P19 silenciamiento supresor gen13 dentro de la porción del T-ADN del cassette de expresión, que evita la necesidad de coinfiltrate una cepa de P19-llevar separada y es muy expresión de proteínas de alto nivel en la sede de la planta celular10,11.
El uso de N. benthamiana como un anfitrión de expresión tiene ventajas particulares cuando se trabaja con vías biosintéticas de la planta. La arquitectura de la célula apoya intrínsecamente correspondiente mRNA y proteína procesamiento y compartimentación adecuada, además de poseer la necesarias Co-enzimas, reductasas (para CYP450s) y precursores metabólicos. La fuente de carbono es la fotosíntesis; así, simplemente pueden cultivarse plantas en compost de buena calidad, que requieren sólo agua, CO2 (desde el aire) y la luz del sol como entradas. La plataforma es también muy conveniente para la expresión de diferentes combinaciones de proteínas, como esto puede lograrse suelen Co la infiltración de diferentes cepas de a. tumefaciens, negando la necesidad de construir grandes expresión multigénica cassettes. Además, el proceso puede ser linealmente y confiablemente escala simplemente incrementando el número de plantas utilizadas en el experimento.
Trabajos previos en nuestro laboratorio han demostrado la utilidad de esta plataforma de experimentos escala preparativa. Esto incluye la preparación de nuevos triterpenos para uso en ensayos de bioactividad y escala hasta alcanzar cantidades de gramo del producto aislado. Además, se puede aumentar la acumulación de productos heterogéneos triterpeno varios doblan coexpresión de una forma truncada N-terminal, insensible a la retroalimentación de la 3-hidroxi, 3-methyglutary-coenzima A reductasa (tHMGR), una limitación de velocidad por aguas arriba enzima en el camino de mevalonate8.
Clave para tales experimentos escala preparativo es capaz convenientemente para arriba-escala el proceso de infiltración. En un experimento típico, se requiera decenas a cientos de plantas para lograr la cantidad de destino del producto aislado. Infiltración de hojas individuales a mano (utilizando una jeringa no hace falta) es operacionalmente exigente y a menudo prohibitivo desperdiciador de tiempo, haciendo este método impráctico para escala-para arriba rutinario. Infiltración vacío ofrece ventajas sobre la infiltración de la mano, ya que no es dependiente en el nivel de habilidad del operador y permite la infiltración de una mayor área de la superficie foliar. Este procedimiento se utiliza comercialmente para la producción a gran escala de proteínas farmacéuticas14. Este protocolo utiliza un aparato de infiltración vacío fácilmente replicables, que puede construirse de piezas disponibles en el mercado. Esto permite la infiltración simultánea de hasta 4 plantas, con infiltración batch-wise rápida y práctica de cientos de plantas en un corto periodo de tiempo (Figura 2a -2b). El aparato de vacío de infiltración consiste en un horno de vacío que forma la cámara de infiltración (figura 2f). El horno está conectado a una bomba a través de un depósito vacío. Esto reduce considerablemente el tiempo necesario para lograr el vacío deseado en la cámara de infiltración. Las plantas son garantizadas en un soporte a medida e invertidas en un baño de agua de acero inoxidable de 10 L con suspensión de a. tumefaciens (Figura 2a -2 c). Inmersión completa de las partes aéreas de las plantas es importante infiltración eficiente. El baño de agua se coloca dentro de la cámara de infiltración (Figura 2d -2e) y el vacío aplicado para dibujar el aire de los espacios intersticiales de la hoja. Una vez que la presión se ha reducido en 880 mbar (un proceso que toma aproximadamente 1 minuto) la cámara de infiltración vuelva rápidamente a la presión atmosférica 20-30 s con la apertura de la válvula de entrada del horno, con lo cual la infiltración es completa.
Cinco días después de la infiltración el material vegetal está listo para la cosecha y la posterior extracción y aislamiento del producto deseado. Desde este punto el proceso es simplemente uno de los productos naturales extracción y purificación a partir de material de la hoja, un flujo de trabajo que es familiar a cualquier químico de productos naturales. Muchos diversos métodos de extracción inicial y posterior purificación existen15. La opción más adecuada de los métodos y las condiciones exactas que se utiliza es altamente dependiente de las propiedades químicas del compuesto de interés, además de la disponibilidad de destrezas y/o equipo. No es posible incluir en este protocolo un método totalmente generalizable, paso a paso para la transformación aguas abajo de la hoja cosechada de la planta al producto aislado que podría seguir ciegamente cualquier producto triterpeno de interés, ni sería apropiado para intentar hacerlo. Sin embargo, este protocolo proporcionará una visión general del flujo de trabajo básico utilizado en nuestro laboratorio y algunos métodos para las primeras etapas del proceso, que en nuestra experiencia han demostrado ser generalizables para los productos de triterpeno aglicona más oxigenados. Esto incluye dos técnicas relativamente poco común, es decir, extracción de solvente presurizado (PSE) y un método conveniente de fase heterogénea para eliminación de clorofila usando una resina de intercambio iónico fuertemente básico.
PSE es una técnica muy eficiente para la extracción de pequeñas moléculas orgánicas de matrices sólidas. Las extracciones se realizan bajo presión (ca. 100-200 bar), la principal ventaja es la habilidad de usar temperaturas aliviadas que excedan el punto de ebullición punto del solvente de extracción. Esto puede reducir significativamente el tiempo y la cantidad de disolvente necesaria para lograr una extracción exhaustiva, en comparación con otras técnicas solvente caliente como reflujo simple o de extracciones Soxhlet16. Comercial Banco PSE instrumentos están disponibles, que utilizan las células de extracción intercambiables y solvente automatizado manejo, calefacción y control. Esto hace que esta técnica muy conveniente. También es sin duda menos peligroso, particularmente para los operadores con experiencia de química práctica limitada.
Saponificación de los extractos de hoja cruda bajo seguido de partición líquido/líquido de reflujo es una técnica común para el retiro a granel de clorofilas antes de purificación posterior o análisis. Sin embargo, esto puede a menudo ser operacionalmente exigentes en escalas más grandes. Además, la detección de la interfaz, o pérdida del producto debido a la formación de emulsiones puede ser problemática. El uso de resinas de intercambio iónico fuertemente básico para llevar a cabo la hidrólisis de fase heterogénea puede servir como una alternativa conveniente. La porción pigmentada de la clorofila hidrolizada permanece adherida a la resina y puede eliminarse simplemente por filtración. Este protocolo utiliza una adaptación de la escala preparativa de un procedimiento analítico previamente divulgados17 que emplea una resina de intercambio iónico básicas disponibles en el mercado.
A continuación se describe un protocolo detallado y rápido para la producción a escala preparativa de triterpenos utilizando esta plataforma basada en plantas. Este protocolo se utiliza rutinariamente en nuestro laboratorio para preparar decenas hasta cientos de miligramos de producto triterpeno aislado para aplicaciones tal una caracterización por espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN), o estudiar más funcional ensayos.