フラボノールの誘導は、ヘルスケアおよび食品産業におけるその応用に不可欠です。ここでは、フラバノンからのフラボノールの生合成のための詳細なプロトコルを提供し、他のアプローチに対する重要なステップとその利点について議論する。
方法論記事
フラボノールの誘導は、ヘルスケアおよび食品産業におけるその応用に不可欠です。ここでは、フラバノンからのフラボノールの生合成のための詳細なプロトコルを提供し、他のアプローチに対する重要なステップとその利点について議論する。
フラボノールは、様々な生物学的および薬理学的活動を伴うフラボノイドの主要なサブクラスである。ここでは、フラボノールのインビトロ酵素合成の方法を提供する。この方法では、Atf3hおよびAtfls1は、フラボノールの生合成経路における2つの主要遺伝子を、エシェリヒア大腸菌においてクローニングおよび過剰発現する。組換え酵素は、アフィニティカラムを介して精製され、その後、特定の合成バッファーにビエンザイマティックカスケードが確立されます。2つのフラボノールは、例としてこのシステムで合成され、TLCおよびHPLC/LC/MS分析によって決定される。この方法は、他のアプローチよりもフラボノールの誘導に明らかな利点を表示します。それは時間と省力化および非常に費用効果が大きい。反応は正確に制御され易く、従って大量生産のためにスケールアップされる。対象製品は、システム内の単純なコンポーネントにより、簡単に精製できます。しかし, このシステムは、通常、フラバノンからフラボノールの生産に制限されます。.
フラボノールは、植物フラボノイドの主要なサブクラスであり、植物の開発と色素沈着1、2、3に関与しています。さらに重要なことに、これらの化合物は、抗癌4、5、抗酸化6、抗炎症7、抗肥満8、抗高血圧症などの健康に有益な活動の広い範囲を有する、および記憶リコール特性10は、これらの植物由来二次代謝産物に関する多数の研究につながる。伝統的に、これらの化合物は、主に有機溶媒を用いた植物抽出に由来する。しかし、植物11、12、13の中身が非常に低いため、ほとんどのフラボノールの生産コストは高いままで、ヘルスケアや食品への応用に大きな制限を課しています。業界。
過去数十年の間に、科学者はフラボノイド14、15を導き出す方法のかなりの数を開発しました。しかしながら、これらの複雑な分子の化学合成は、種々の固有の欠点を有する16.それは有毒な試薬および極度な反応条件だけでなく、標的フラボノイド化合物14、17を産生するための多くのステップを必要とする。さらに、この戦略のもう一つの重要な課題は、活性フラボノイド分子のキラル合成です。したがって、化学合成16、17を介して商業規模でフラボノイドを生産することは理想的な戦略ではありません。
最近、科学者は、フラボノイド生合成18、19、20のための経路を持つ微生物を工学的にすることによって、これらの複雑な天然化合物を生成するための有望な代替戦略を開発しました。21歳,22は、植物23で正常に解読された。例えば、Duanらは、発芽酵母サッカロマイセスセレビシエに生合成経路を導入し、カエンフェロール(KMF)24を産生した。Mallaららは、グリコシル化フラボノールであるアストラガリンを産生し、フラバノン3-ヒドロキシラーゼ(f3h)、フラボノール合成酵素(fls1)、およびUDP-グルコース:フラボノイド3-O-グルコシルトランスフェラーゼUGT78K1遺伝子を導入した。エシェリヒア大腸菌BL21(DE3)17.かなりの数のパラダイムがあるにもかかわらず、すべての遺伝子組み換え微生物が細胞プラットフォームの複雑さ、人工的に合成された遺伝元素と宿主との間の非互換性のために関心のある製品を生成するわけではない。宿主細胞に対する標的産物の影響、および工学的細胞系自体の不安定性 16.
フラボノイド生産のためのもう一つの有望な代替戦略は、インビトロで多酵素カスケードを確立することです.Chengらは、エンテロシンポリケチドが1ポット25に完全な酵素経路を組み立てることによって正常に合成することができると報告している。この無細胞合成戦略は、微生物生産工場の制限を回避し、したがって、大量16でいくつかのフラボノイドを生産するために実現可能である。
最近では、ナリンゲニン(NRN)を1ポット16でKMFに変換するバイザイム合成システムの開発に成功しました。ここでは、このシステムについて詳しく説明し、製品の分析に関わる方法について説明します。また、このシステムを用いてNRNからKMFを生成し、エリオジチオール(ERD)からケルセチン(QRC)を生成する2つの例を示す。また、この方法の重要なステップと、フラボノイドの生合成における今後の研究の方向性についても議論する。
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1. 植物組織から総RNAを分離26,27
2. 相補DNA(cDNA)の合成28
| 試薬 | ボリューム |
| dNTP ミックス,各2.5mM | 4.0 μL |
| プライマーミックス | 2.0 μL |
| RNA テンプレート | 1.0 μg |
| 逆転トランスクリプトスバッファ、5× | 4.0 μL |
| 逆転写酵素, 200 U/μL | 1.0 μL |
| ルナスフリーH2O | 20.0 μLまで |
表1:全RNAをcDNAに転写する逆転
3. 組換えプラスミドの構築29
| シーケンス、 5' → 3' | 目的 |
| AAGGATCCATGGCCAGGAACT | アラビドプシスタリアナからのAtf3h遺伝子のPCR増幅のためのフォワードプライマー。バムHI部位は斜体化され、pET32a(+)にクローニング用に接続される。 |
| AAGAATTCCTAAGCGAAGATTTTTTCGA | A.タリアナからのAtf3h遺伝子のPCR増幅のための逆プライマー。エコRI部位は斜体化され、pET32a(+)にクローニング用に接続される。 |
| AAGGATCCアッガッグCGAAAGAGTCCA | A.タリアナ由来のAtfls1遺伝子のPCR増幅のためのフォワードプライマー。バムHI部位は斜体化され、pET32a(+)にクローニング用に接続される。 |
| AAGAATTCTCAATCアガガアガグッタット | A.タリアナからのAtfls1遺伝子のPCR増幅のための逆プライマー。エコRI部位は斜体化され、pET32a(+)にクローニング用に接続される。 |
表2:現在の研究で使用されるオリゴヌクレオチドプライマー
| 試薬 | ボリューム |
| Pfuマスターミックス、2× | 50.0 μL |
| フォワードプライマー、10 μM | 4.0 μL |
| リバースプライマー、10 μM | 4.0 μL |
| Cdna | 2.0 μL |
| H2O | 40.0 μL |
表3:PCR反応システムの設定
| 試薬 | ボリューム |
| DNAフラグメント/ベクター | 3.0 μg |
| バムこんにちは | 1.0 μL |
| エコRi | 1.0 μL |
| カットスマートバッファ、10× | 5.0 μL |
| H2O | 最大 50.0 μL |
表4:DNA断片/ベクターの二重消化
| 試薬 | ボリューム |
| 挿入 | X μL (0.09 pmol) |
| ベクトル | Y μL (0.03 pmol) |
| ライゲーションバッファー、10× | 1.0 μL |
| T4 DNA リガサーゼ, 400 U/μL | 1.0 μL |
| H2O | 10.0 μLまで |
表5:遺伝子断片を線形ベクターに導く
4. 組換え酵素タンパク質の特急30
5. 組換え酵素タンパク質の精製31
6. インビエンザイム合成システムでフラバノンからフラボノールを生成16
| 試薬 | ボリューム |
| 2×硫酸鉄のない合成バッファー | 50.0 μL |
| 25 mM フラボノール | 2.0 μL |
| 2 mM硫酸鉄 | 0.5 μL |
| 1 mg/mL AtF3H | 2.5 μL |
| 1 mg/mL アットフレス1 | 2.5 μL |
| 25 mM フラバノン | 2.0 μL |
| H2O | 100.0 μLまで |
表 6: このプロトコルで使用される合成システム。
7. 反応物の分析
行い、押して最初の ROI にラベルを付けます。
移動し、2 番目の ROI にラベルを付けます。
押すと、ポップアップ ウィンドウ内のすべての ROI のプロファイル プロットが生成されます。アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
F3HおよびFLS1は、図1に示すように、フラバノンを植物のフラボノールに変換する上で2つの重要な酵素である。フラバノンからフラボノールを製造するためのインビトロ生合成システムを開発するために、Atf3h(GenBank加盟No. NM_114983.3) とAtfls1 (GenBank アクセシビリティ No.NM_120951.3)遺伝子を4週齢のA.タリアナの苗から原核発現ベクターpET-32a(+)にクローン化した。組換えプラスミドを大腸菌BL21(DE3)に変換し、IPTG誘導後に融合タンパク質を発現し、続いてNi-IDAアガロース樹脂を用いて精製した。図2に示すように、精製された融合タンパク質は、10%SDS-PAGEゲルに95%以上の高純度を示し、これはインビエンジンザイマティックカスケードの確立に十分な純粋であった。
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かなりの数の研究は、ヘルスケアや食品業界での潜在的なアプリケーションにフラボノールの誘導に焦点を当てています。しかし、有機溶剤を用いた従来の植物抽出や化学合成には固有の欠点があり、フラボノールの製造に対する使用が制限されています。ここでは、インビエンザイマティックカスケードを確立することにより、フラバノンからフラボノールを1ポットで製造する詳細な方法を報告する。このプロトコルの重要なステップは、1)高活性を有する純粋な組換え酵素を得ること、および2)ワンポットビエンザイマティック反応カスケードを確立することです。一般的に言えば、細菌における植物由来遺伝子の発現は、含有体を形成することを好み、酵素活性の喪失につながる。我々が知っているように、TrxAおよびSUMOのようないくつかのペプチドは、細菌16で発現される組換えタンパク質の発現および溶解性を高めるのに役立つ。したがって、pET-32a(+)およびpET SUMO(ステップ3.2.3)のようなこれらの発現タグを含むプラスミドに標的遺伝子をクローニングすると役立ちます。IPTG濃度および誘導温度は、原核発現タンパク
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著者らは、彼らが競合する金銭的利益を持っていないと宣言します。
この研究は、揚州大学特任教授スタートアップファンド、江蘇特別任教授スタートアップファンド、江蘇省6つのタレントピークプロジェクト(助成金第2014-SWYY-016)、およびプロジェクトが資金提供を受けて財政的に支援されました。江蘇省高等教育機関(獣医学)の優先学術プログラム開発我々は、フラボノイドのHPLCとMS分析のための陽州大学のテストセンターに感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 2回;Pfu MasterMix | Beijing CoWin Biotech Co., Ltd | CW0717A | 高忠実度で遺伝子のPCR増幅 |
| Agilent 6460 トリプル四重極LC/MSシステムを搭載したAgilent 1200シリーズRRLCシステム | Agilent Technologies, Inc | N/A | HPLC/MSによるフラボノイド分析装置 |
| Agilent MassHunter Workstation (version B.03.01) | Agilent Technologies, Inc | N/A | Agilent 6460 トリプル四重極 LC/MS システム |
| ジヒドロケンフェロール | Sigma-Aldrich Co. LLC | 91216 | ナリンゲニンジヒドロケルセチンからケンフェロールを製造するための中間製品 |
| 四川省標準物質センター 中国漢方薬 | PCS0371 | リオディクチオールからケルセチンを製造するための中間製品 | |
| DNAクリーンアップキット | 北京CoWinバイオテクノロジー株式会社 | CW2301PCR | 増幅またはゲル精製DNA |
| エリオディクチオール | 元Yeバイオテクノロジー株式会社。 | ケル | セチン |
| Escherichia coli BL21(DE3) | Beijing CoWin Biotech Co., Ltd | CW0809 | 標的遺伝子を発現するための細菌株 |
| Escherichia coliDH5α | Beijing CoWin Biotech Co., Ltd | CW0808 | プラスミド増殖用細菌株 |
| FreeZone 1 リットル ベンチトップ 凍結乾燥システム | Labconco Corporation | 7740020 | 有機溶媒に溶解したフラボノイドの凍結乾燥装置 |
| ゲル抽出キット | Beijing CoWin Biotech Co., Ltd | CW2302 | アガロースゲルからのDNAバンドの精製 |
| ゲルイメージングシステム | 上海タノンサイエンス&テクノロジー株式会社 | Tanon- 2500 | ポリアミドTLCプレート上のアガロースゲルまたはフラボノイドスポット上のDNAバンドを可視化する装置 |
| GenEluteプラスミドミニプレップキット | Sigma-Aldrich Co. LLC | PLN350-1KT | プラスミドのミニ調製 |
| ケンフェロール | Sigma-Aldrich Co. LLC | 60010 | 最終反応生成物および標準物質 |
| MassHunter Quanlitative Analysis (version B.01.04) | アジレントTechnologies, Inc | N/A | HPLC/LC/MS データの分析用ソフトウェア |
| NanoDrop 微量 UV-Vis 分光光度計 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | ND-8000-GL | DNA/RNA濃度の測定装置 |
| ナリンゲニン | Sigma-Aldrich Co. LLC | ケンフェロール | N5893 |
| 北京 CoWin Biotech Co., Ltd | CW0010 | Hisタグ融合タンパク質 | |
| pET-32a(+) | Novagen | 69015-3 | プラスミドのクローニングおよび発現標的遺伝子 |
| プラスミドシーケンシング | GENEWIZ蘇州 | N/A | 遺伝子組換えプラスミド |
| のシーケンシング プライマー合成 | GENEWIZ蘇州 | N/APCR | プライマーの合成 |
| ケルセチン | 上海アラジン生化学技術有限公司 | Q111273 | 最終反応生成物および標準物質 |
| SuperRT cDNA合成キット | Beijing CoWin Biotech Co., Ltd | CW0741 | 全RNAからのcDNAの最初の鎖の合成 |
| T4 DNAリガーゼ | サーモフィッシャーサイエンティフィック | EL0016 | 直鎖化ベクターへのインサートのライゲーション |
| DNAトリゾール | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 総 | RNA |
| の15596018単離Vector NTI Advance | Thermo Fisher Scientific | 12605099 | PCRプライマー設計およびDNA配列解析用ソフトウェア |
| Xcalibur v2.0.7 | Thermo Fisher Scientific | N/A | HPLCデータ解析用ソフトウェア |
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