Les triterpènes sont parmi les plus importantes et la plupart des structures diverses familles des produits naturels. Malgré leur immense diversité, tous les produits naturels de triterpène sont censés provenir de la même précurseur linéaire 2,3-oxidosqualene, un produit de la voie du mévalonate dans les plantes. La cyclisation des 2, 3-oxidosqualene est initiée et contrôlée par une famille d’enzymes appelées oxidosqualene cyclases (OSC). Cette étape de cyclisation représente le premier niveau de diversification, avec des centaines de triterpène différents échafaudages ayant été signalés dans la nature1. Ces échafaudages sont plus diversifiés en adaptant les enzymes y compris, mais non limité à, cytochrome p450s (CYP450s)1,2. Ces voies de biosynthèse peuvent conduire à immense complexité, entraînant parfois des produits finis qui sont à peine reconnaissables depuis le triterpène de parent. Par exemple, la structure complexe de la puissant insecticide et antiappétant limonoïde azadirachtin est censée provenir d’un triterpène tétracyclique des tirucallane type3.
Nombreux dérivés triterpéniques produits naturels, même ceux avec les échafaudages parent relativement non modifiés, ont démontré en médecine des activités biologiques4,5,6,7. Toutefois, jusqu'à présent ce potentiel n’est pas traduite par une pléthore de médicaments dérivés triterpéniques à la clinique. Il s’agit sans aucun doute (au moins partiellement) une conséquence de l’accès limité de synthèse pratique pour cette classe de composés, un problème qui peut étouffer l’exploration des relations structure-activité et mise au point de conduire candidats par traditionnel médicinales workflows de chimie.
Expression transitoire des enzymes biosynthétiques triterpène d’autres espèces végétales dans les feuilles de N. benthamiana peut détourner les fournitures endogènes de 2,3-oxidosqualene vers la production de nouveaux produits de haute valeur triterpène (Figure 1). Ce processus peut servir à caractériser sur le plan fonctionnel les enzymes candidat et reconstruire les voies de biosynthèse des métabolites naturels importants. De même, il peut également être exploitée dans des approches de biosynthèse combinatoires triterpène de nouveaux produits, une stratégie qui peut se traduire par des bibliothèques des analogues de structure apparentées, permettant une exploration systématique des relations structure-activité de plomb biologiquement actif composés de8,9.
Agroinfiltration est un moyen simple et efficace de réaliser l’expression transitoire dans les feuilles de N. benthamiana . Le processus implique l’infiltration des feuilles avec une suspension de a. tumefaciens transportant les exigences d’une expression binaire d’intérêt. Ceci est réalisé via l’application d’une pression qui force le liquide à travers les stomates, déplacement de l’air dans l’espace intercellulaire et son remplacement par la suspension d’a. tumefaciens . Les bactéries transférer l’ADN-T respectifs à l’intérieur des cellules végétales, aboutissant à l’expression de la protéine passagères et localisée dans les tissus foliaires infiltrés.
Tout en n’importe quel vecteur binaire adapté pour générer des plantes transgéniques peut-être être employée pour l’expression transitoire, nous utilisons le niébé Mosaic Virus CPMV dérivé Hypertranslational (HT) protein expression système10, 11. dans ce système, le gène d’intérêt est flanqué de régions non traduites (UTR) de l’ARN-2 CPMV. La 5' UTR contient des modifications entraînant des niveaux très élevés de la traduction des protéines avec aucun recours à la réplication virale,12. Cette technique a été développée dans la série de vecteur binaire Easy-et-rapide (ÉPQL) qui comprend la recombinaison site-spécifique clonage Protocole compatible constructions (ÉPQL -HT- DEST)10,11. La plupart des vecteurs pEAQ contiennent aussi une tomate bushy stunt virus dérivés P19 silencieux suppresseur gène13 dans la partie de l’ADN-T de la cassette d’expression, qui contourne qu’il fallait coinfiltrate une souche P19 porteurs distincte et offre très expression de la protéine de haut niveau chez l’hôte plant cell10,11.
Utilisation de N. benthamiana comme un hôte d’expressions présente des avantages particuliers lorsqu’il travaille avec voies de biosynthèse de plante. L’architecture cellulaire intrinsèquement prend en charge que les ARNm approprié et transformation de la protéine et cloisonnement approprié, en plus de posséder les enzymes nécessaires de co, réductases (pour CYP450s) et précurseurs métaboliques. La source de carbone est la photosynthèse ; ainsi, les plantes peuvent simplement être cultivées dans le compost de bonne qualité, nécessitant uniquement eau, CO2 (à partir de l’air) et le soleil comme entrées. La plateforme est également très pratique pour la co-expression de différentes combinaisons de protéines, comme cela peut se faire simpliste par l’infiltration Co de différentes souches de a. tumefaciens, niant la nécessité de construire la grande expression multigénique cassettes. En outre, le processus peut linéairement et sûrement évoluer simplement en augmentant le nombre de plantes utilisées pour l’expérience.
Des travaux précédents dans notre laboratoire a démontré l’utilité de cette plateforme pour des expériences à échelle préparative. Ceci inclus la préparation de nouveaux triterpènes pour essais de bioactivité et échelle vers le haut pour atteindre les quantités de gramme de produit isolé. En outre, l’accumulation de produits hétérogènes triterpène peut être augmentée plusieurs fois par la co-expression de forme N-terminal-tronqué, indépendante de la rétroaction de l’hydroxy-3, 3-methyglutary-coenzyme A réductase (tHMGR), une limitation de vitesse en amont enzyme dans la voie de mevalonate8.
Clé de telles expériences échelle préparative est la capacité de bien haut de gamme le processus d’infiltration. Dans une expérience typique, des dizaines ou des centaines de plantes peuvent être nécessaire pour atteindre la quantité cible de produit isolé. S’infiltrer dans des feuilles individuelles à la main (à l’aide d’une seringue inutile) est exigeante sur le plan opérationnel et souvent trop longues, rendant cette méthode impraticable pour l’intensification systématique. Infiltration sous vide offre des avantages par infiltration de la main, car il ne dépend pas du niveau de compétence de l’opérateur et permet l’infiltration d’une surface plus grande de la surface foliaire. Cette procédure est utilisée commercialement pour la production à grande échelle des protéines pharmaceutiques14. Ce protocole utilise un appareil facile à reproduire infiltration sous vide, qui peut être construit à partir des pièces disponibles dans le commerce. Cela permet l’infiltration simultanée de jusqu'à 4 plantes, offrant rapide et pratique avec infiltration de centaines de plantes dans un court laps de temps (Figure 2 a -2 b). L’appareil d’infiltration sous vide est constitué d’un four sous vide qui constitue la chambre de l’infiltration (Figure 2f). Le four est relié à une pompe via un réservoir vide. Ceci réduit considérablement le temps nécessaire pour atteindre le vide désiré dans la chambre de l’infiltration. Plantes sont sécurisés dans un support sur mesure et inversés dans un bain d’eau en acier inoxydable de 10 L rempli d’a. tumefaciens suspension (Figure 2 a -2C). Immersion complète des parties aériennes des plantes est importante pour l’infiltration efficace. L’eau du bain est alors placé dans la chambre de l’infiltration (Figure 2d -2e) et le vide appliqué pour dessiner l’air dans les espaces interstitiels de la feuille. Une fois que la pression a été réduite de 880 mbar (un processus qui prend environ 1 min) la chambre de l’infiltration est ramenée rapidement à la pression atmosphérique 20-30 s en ouvrant la vanne d’entrée du four, après quoi l’infiltration est terminée.
Cinq jours après l’infiltration le matériel végétal est prêt pour l’extraction ultérieure et de récolte et d’isolation du produit désiré. De ce point, le processus est tout simplement un des produit naturel extraction et purification de matériel foliaire, un flux de travail qui est familière à un chimiste de produit naturel. 15il existe différentes méthodes pour l’extraction initiale et purification ultérieure. Le choix le plus approprié des méthodes et les conditions exactes utilisées dépend fortement les propriétés chimiques particulières du composé d’intérêt, en plus de la disponibilité de compétences et/ou de matériel. Il n’est pas possible d’inclure dans le présent protocole, une méthode totalement généralisable, étape par étape pour la transformation en aval de matériel foliaire des plantes récoltées au produit isolé qui pourrait être suivi aveuglément pour n’importe quel produit de triterpène d’intérêt, ne serait pas approprié tenter de le faire. Toutefois, ce protocole donnera un aperçu du flux de base utilisé dans notre laboratoire et certaines méthodes pour les premiers stades du processus, qui, selon notre expérience, sont sont avérés généralisables pour produits de triterpène aglycone plus oxygénés. Cela inclut deux techniques relativement rares, nommément Pressurized Solvent Extraction (PSE) et une méthode en phase hétérogène commode pour l’enlèvement de la chlorophylle à l’aide d’une résine échangeuse d’ions fortement basiques.
PSE est une technique très efficace pour l’extraction de petites molécules organiques des matrices solides. Les extractions sont effectuées sous pression (env. 100-200 bar), le principal avantage est la possibilité d’utiliser allégé des températures excédant l’ébullition point du solvant d’extraction. Cela peut réduire considérablement le temps et la quantité de solvant nécessaire pour obtenir une extraction exhaustive, par rapport aux autres techniques de solvants chauds comme simple reflux ou Soxhlet extractions16. Instruments de PSE-comptoir commerciales sont disponibles, qui utilisent des cellules interchangeables extraction et solvant automatisé de manipulation, de chauffage et surveillance. Ce qui rend cette technique extrêmement pratique. C’est aussi sans doute moins dangereux, en particulier pour les opérateurs ayant une expérience de chimie pratique limitée.
Saponification des extraits de feuilles brutes sous reflux suivie de séparation liquide/liquide est une technique courante pour les prélèvements massifs des chlorophylles avant purification ultérieure ou d’analyse. Toutefois, cela peut souvent être opérationnel exigeant sur plus grandes échelles. En outre, la détection de l’interface, ou la perte de produit dû à la formation d’émulsions peut être problématique. L’utilisation de résines échangeuses d’ions fortement basiques pour effectuer l’hydrolyse phase hétérogène peut constituer une alternative commode. La partie pigmentée de la chlorophylle hydrolysée reste collée à la résine et peut être simplement éliminée par filtration. Ce protocole utilise une adaptation de l’échelle préparative d’une procédure analytique précédemment rapporté17 qui utilise une résine échangeuse d’ions base disponible dans le commerce.
Ci-dessous, nous décrivons un protocole détaillé et rapid pour la production de l’échelle préparative de triterpènes utilisant cette plate-forme à base de plantes. Ce protocole est utilisé régulièrement dans notre laboratoire pour préparer des dizaines ou des centaines de milligrammes de produit triterpéniques isolés pour applications une telle caractérisation par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN), et/ou approfondir dans fonctionnel dosages.