Os triterpenos são uma das maiores e mais estruturalmente diversas famílias de produtos naturais. Apesar de sua imensa diversidade, todos os produtos naturais do triterpeno são acreditados para ser derivado do mesmo precursor linear 2,3-oxidosqualene, um produto da via do mevalonato em plantas. Ciclização de 2,3-oxidosqualene é iniciada e controlada por uma família de enzimas denominadas oxidosqualene cyclases (OSCs). Esta etapa de ciclização representa o primeiro nível de diversificação, com centenas de andaimes triterpeno diferentes tendo sido reportados de natureza1. Estes andaimes são ainda mais diversificados ajustando enzimas, incluindo, mas não limitado a, citocromo p450s (CYP450s)1,2. Tais vias biossintéticas podem levar a imensa complexidade, às vezes resultando em produtos finais que são quase irreconhecível de triterpeno o pai. Por exemplo, a estrutura complexa do potente inseticida e antialimentar limonoide azadiractina é acredita para derivar de um triterpeno fosfatase do tirucallane tipo3.
Muitos derivados triterpeno produtos naturais, mesmo aqueles com andaimes pai relativamente inalterado, demonstraram possuir atividade biológica medicinalmente relevantes4,5,6,7. No entanto, até agora este potencial não traduziu em uma infinidade de drogas derivadas do triterpene na clínica. Este é sem dúvida (pelo menos parcialmente) uma consequência de acesso limitado de sintético prático para essa classe de composto, um problema que pode suprimir a exploração das relações estrutura-atividade e desenvolvimento de levar candidatos pelo tradicional medicinais fluxos de trabalho de química.
Expressão transitória da triterpeno enzimas biossintéticas de outras espécies de plantas, em folhas de s. benthamiana pode desviar fontes endógenas de 2,3-oxidosqualene para a produção de novos produtos de alto valor triterpeno (Figura 1). Este processo pode ser usado para caracterizar funcionalmente enzimas candidato e reconstruir as vias biossintéticas de metabólitos importantes ocorrem naturalmente. De igual modo, também pode ser explorada em combinatórias abordagens biossintéticas para produzir produtos de romance triterpeno, uma estratégia que pode resultar em bibliotecas de análogos estruturalmente relacionadas, permitindo a exploração sistemática das relações estrutura-atividade de chumbo biologicamente ativo compostos de8,9.
Agroinfiltration é um meio eficiente e simples de alcançar a expressão transiente em folhas de s. benthamiana . O processo envolve a infiltração das folhas com uma suspensão de a. tumefaciens carregando a expressão binário construct(s) de interesse. Isto é conseguido através da aplicação de pressão que força o líquido sobre os estomas, deslocando o ar no espaço intercelular e substituí-lo com a suspensão da . tumefaciens . As bactérias transferem os respectivos DNAs-T para o interior das células vegetais, resultando na expressão de proteínas localizadas e transitória no tecido folha infiltrados.
Enquanto qualquer vetor binário adequado para gerar plantas transgênicas pode ser empregada para expressão transiente, nós utilizamos o feijão-caupi Mosaic Virus CPMV-derivado Hypertranslational (HT) proteína expressão sistema10, 11. neste sistema, o gene de interesse é ladeado por regiões untranslated (UTR) do RNA o CPMV-2. Os 5' UTR contém modificações, resultando em níveis muito elevados de translação de proteína com nenhuma dependência de replicação viral12. Esta técnica foi desenvolvida para a série de vetor binário de Easy-e-rápido (pEAQ) que inclui o site-specific recombinação clonagem compatível com o protocolo construções (pEAQ -HT- DEST)10,11. A maioria dos vetores pEAQ também contêm um tomate bushy stunt virus-derivado P19 silencioso supressor gene13 dentro a parte do T-DNA da fita expressão, que contorna a necessidade de coinfiltrate uma estirpe P19-carregando separada e proporciona muito expressão de proteínas de alto nível no acolhimento da planta célula10,11.
Uso do s. benthamiana , como um host de expressão tem vantagens particulares quando se trabalha com vias biossintéticas de planta. A arquitetura celular suporta intrinsecamente apropriado mRNA e processamento de proteína e compartimentalização adequada, além de possuir o necessárias co enzimas, redutases (para CYP450s) e precursores metabólicos. A fonte de carbono é fotossíntese; assim, as plantas simplesmente podem ser cultivadas em composto de boa qualidade, exigindo apenas água, CO2 (do ar) e luz solar como entradas. A plataforma também é extremamente conveniente para expressão co de diferentes combinações de proteínas, como isso pode ser conseguido facilely a infiltração de co de diferentes cepas de a. tumefaciens, eliminando a necessidade de construir grande expressão multigene fitas. Além disso, o processo pode ser linearmente e confiantemente escalado simplesmente aumentando o número de plantas utilizadas no experimento.
Trabalhos anteriores em nosso laboratório demonstrou a utilidade desta plataforma para experiências em escala preparativa. Isto incluiu a preparação de novos triterpenos para uso em ensaios de Bioatividade e escala até atingir quantidades de grama do produto isolado. Além disso, o acúmulo de produtos triterpeno heterogêneo pode ser aumentado vários dobram pela expressão co de uma forma N-terminal-truncada, diferenciação de gabarito de 3-hidroxi, 3-methyglutary-coenzima A redutase (tHMGR), um limitante upstream enzima na via do mevalonato8.
Chave para tais experiências em escala preparativa é a capacidade de convenientemente acima-escala o processo de infiltração. Em um experimento típico, dezenas a centenas de plantas podem ser necessária para alcançar a quantidade de destino do produto isolado. Infiltrando-se folhas individuais manualmente (usando uma seringa desnecessária) é operacionalmente exigentes e muitas vezes exageradamente demorado, tornando este método impraticável para escala-up de rotina. Infiltração de vácuo oferece vantagens sobre a infiltração de mão, pois não é dependente do nível de habilidade do operador e permite a infiltração de uma maior área de superfície da folha. Este procedimento é usado comercialmente para a produção em larga escala de proteínas farmacêutica14. Este protocolo utiliza um aparelho de infiltração facilmente replicável de vácuo, que pode ser construído a partir de peças disponíveis comercialmente. Isto permite a infiltração simultânea de até 4 plantas, proporcionando rápida e prática batch-wise infiltração de centenas de plantas em um curto período de tempo (Figura 2a -2b). O aparelho de vácuo infiltração consiste em um forno a vácuo que forma a câmara de infiltração (Figura 2f). O forno é ligado a uma bomba através de um reservatório de vácuo. Isso reduz muito o tempo necessário para atingir o vácuo desejado na câmara de infiltração. As plantas são fixadas em um suporte sob medido e invertidas em um banho de água de aço inoxidável de 10 L repleto da . tumefaciens suspensão (Figura 2a -2C). Imersão completa das partes aéreas das plantas é importante para a infiltração eficiente. O banho de água é então colocado dentro da câmara de infiltração (Figura 2d -2e) e o vácuo aplicado para desenhar o ar fora dos espaços intersticiais de folha. Uma vez que a pressão foi reduzida em 880 mbar (um processo que leva aproximadamente 1 min) câmara de infiltração é trazida rapidamente à pressão atmosférica 20-30 s, abrindo a válvula de entrada do forno, após infiltração é completa.
Cinco dias após a infiltração do material vegetal está pronto para colheita e subsequente de extração e isolamento do produto desejado. A partir deste ponto o processo é simplesmente um de extração de produtos naturais e purificação do material da folha, um fluxo de trabalho que é familiar para qualquer farmácia de produtos naturais. Muitos métodos diferentes para extração inicial e purificação subsequente existem15. A escolha mais adequada dos métodos e as condições exatas usadas é altamente dependente as propriedades químicas específicas do composto de interesse, além da disponibilidade de habilidades e/ou equipamento. Não é possível incluir no presente protocolo, um método totalmente generalizável, passo a passo para o processamento a jusante de material da folha da planta colhida ao produto isolado que pode ser seguido cegamente para qualquer produto triterpeno de interesse, nem seria apropriado para tentar fazê-lo. No entanto, este protocolo irá fornecer uma visão geral do fluxo de trabalho básico usado em nosso laboratório e alguns métodos para a fase inicial do processo, que, em nossa experiência provou generalizável para produtos de triterpeno aglicona mais oxigenados. Isso inclui duas técnicas relativamente incomuns, ou seja, extração de solvente pressurizado (PSE) e um método conveniente de fase heterogêneas para remoção de clorofila, utilizando uma resina de troca de íon fortemente básico.
PSE é uma técnica altamente eficiente para a extração de pequenas moléculas orgânicas de matrizes sólidas. As extrações são realizadas sob pressão (ca. 100-200 bar), a principal vantagem, sendo a capacidade de usar aliviadas temperaturas que excedam a ebulição ponto do solvente de extração. Isto pode significativamente reduzir o tempo e a quantidade de solvente necessária para alcançar uma extração exaustiva, quando comparado a outras técnicas de solventes quentes como refluxo simples ou Soxhlet extrações16. Instrumentos PSE de bancada comerciais estão disponíveis, que utilizam células de extração intercambiáveis e solvente automatizado, manipulação, aquecimento e monitoramento. Isto torna esta técnica extremamente conveniente. Também é indiscutivelmente menos nocivos, particularmente para os operadores com experiência limitada química prática.
Saponificação de extratos de folha crua sob refluxo seguido de particionamento de líquido/líquido é uma técnica comum para a remoção de massa de clorofilas antes da purificação subsequente ou análise. No entanto, isto pode muitas vezes ser operacionalmente exigentes em escalas maiores. Além disso, a deteção da interface, ou perda de produto devido à formação de emulsões pode ser problemática. A utilização de resinas de permuta iónica fortemente básicas para realizar a hidrólise heterogênea fase pode servir como uma alternativa conveniente. A porção pigmentada de clorofila a hidrolisado permanece aderida à resina e pode ser simplesmente removida por filtração. Este protocolo utiliza uma adaptação da escala preparativa de um procedimento analítico anteriormente relatados17 que emprega uma resina de troca iônica básicas disponíveis comercialmente.
Abaixo descrevemos um protocolo detalhado e rápido para a produção em escala preparativa de triterpenos utilizando esta plataforma baseada em vegetais. Este protocolo é usado rotineiramente em nosso laboratório para preparar dezenas a centenas de miligramas de produto triterpeno isolado para aplicações tal uma caracterização estrutural por espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR), e/ou um estudo mais aprofundado em funcional ensaios.