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方法論記事

ワンポットビエンツマティックカスケードを確立することにより、フラバノンからのフラボノールの生合成

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DOI:

10.3791/59336

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2019年8月14日

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この記事について

サマリー

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。

要約

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。.

概要

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....

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プロトコル

1. 植物組織から総RNAを分離26,27

  1. 植物組織を均質化する。
    1. 新鮮な植物組織の100 mgを収集します(例えば、アラビドプシスタリアナから4週齢の苗)。液体窒素で組織と害虫とモルタルを凍結し、続いて組織を粉末に粉砕する。
    2. モルタルにRNA単離試薬の1 mL(材料の表を参照)を追加します。試薬はすぐに凍結されます。冷凍試薬が溶けたら、組織サンプルを害虫で均質化します。
    3. 同質素質を1.5mLチューブに移し、4°Cで5分間12,000xgでサンプルを遠心分離し、クリアされたホモジネート溶液を別の新鮮な1.5mLチューブに移します。
    4. 均質化したサンプルを室温で5分間インキュベートします。
  2. 総RNAを単離する。
    1. ホモジネートに0.2mLのクロロホルムを加え、チューブをしっかりとキャップし、15秒間手で激しく振り、5分間室温でサンプルをインキュベートします。
    2. 4°Cで15分間12,000 x gでサンプルを遠心分離し、無色の上部水相を新鮮な1.5mLチューブに移します。サンプルは遠心分離に続く3つの段階に分ける。
    3. 水相に0.5mL....

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結果

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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ディスカッション

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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開示事項

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。

謝辞

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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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
2回;Pfu MasterMixBeijing CoWin Biotech Co., LtdCW0717A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, IncN/AHPLC/MSによるフラボノイド分析装置
Agilent MassHunter Workstation (version B.03.01)Agilent Technologies, IncN/AAgilent 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. LLC91216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., LtdCW0809標的遺伝子を発現するための細菌株
Escherichia coliDH5αBeijing CoWin Biotech Co., LtdCW0808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 Corporation7740020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., LtdCW2302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. LLCPLN350-1KTプラスミドのミニ調製
ケンフェロールSigma-Aldrich Co. LLC60010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, IncN/AHPLC/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-GLDNA/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., LtdCW0010Hisタグ融合タンパク質
pET-32a(+)Novagen69015-3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., LtdCW0741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 AdvanceThermo Fisher Scientific12605099PCRプライマー設計およびDNA配列解析用ソフトウェア
Xcalibur v2.0.7Thermo Fisher ScientificN/AHPLCデータ解析用ソフトウェア
エを備えた Agilent 1200 シリーズ RRLC システムからデータを収集するためのソフトウェアの精製上海Ni-IDA アガロース樹脂 基板の精製

参考文献

  1. Falcone Ferreyra, M. L., Rius, S. P., Casati, P. Flavonoids: biosynthesis, biological functions, and biotechnological applications. Frontiers in Plant Science. 3, 222(2012).
  2. Fang, F., Tang, K., Huang, W. D. Cha....

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