Estudio sobre la síntesis de ginsenósido

El Ginseng (Panax Ginseng C. A. Mey), perteneciente al género Panax de la familia Araliaceae, es una conocida planta medicinal distribuida principalmente en el noreste de China, Corea y Japón. El Ginseng contiene varios componentes químicos tales como saponinas, polisacáridos, poliacetileno y flavonoides. Entre ellos, el ginsenósido es un metabolito secundario del ginseng y es su principal componente bioactivo. Tiene una amplia gama de actividades fisiológicas y farmacológicas, incluyendo la regulación del sistema inmune, anti-estrés, hipoglic, anti-inflamatorios, antioxidantes y efectos anticancerígenos. Su mecanismo de acción consiste principalmente en movilizar el cuerpo#Los factores internos, movilizan mecanismos neuroprotectores y mecanismos inmunpara ejercer sus efectos, casi sentoxicidad ni reacciones adversas.

Ginseng es actualmente uno de los world's la medicina tradicional China más vendida y se utiliza ampliamente en todo el mundo. Se estima que el consumo total de ginseng y productos relacionados en el mercado mundial alcanzó los 350 millones de dólares [1]. Sin embargo, el cultivo del ginseng es muy dif ã cil debido al largo tiempo de cultiv(6-7 a ã ± os hasta la madurez) y las serias enfermedades de las plantas, tales como la enfermedad de la piel roja y la pudrici ã ³ n de la ra ã z [1]. Por lo tanto, los investigadores han estudiado el tejido y los cultivos celulares de ginseng, como el tejido de callo y las suspensiones celulares, para inducir la formación de raíces en las raíces normales por Agrobacterium tumefaciens, que a su vez produce ginsenósidos. Sin embargo, la eficiencia de producción de los ginsenósidos por este método es muy baja. Por lo tanto, la ingeniería metabólica se utiliza para sobreproducir ginsenósidos [2-3], que es una estrategia atractiva para mejorar la eficiencia de producción de ginsenósidos.

1 visión general de los ginsenósidos

El principal ingrediente activo farmacológico del ginseng esginsenoside, que es un triterpensaponin. Los ginsenósidos se llaman RX (X = 0, A-1, A-2, B-1, B-2, B-3, C, D, E, F, 20-O-F, G-1, G-2, H-1, ⅆ, X) de acuerdo con el orden de sus valores de Rf de abajo a arriba en una placa TLC [4]. Los ginsenósidos son derivados de azúcares, principalmente compuestos en los que el grupo hidroxilo de un azúcar está unido a una fracción sin azúcar. La fracción sin azúcar se llama aglicona. Los ginsenósidos se dividen en dos grupos basados en la estructura de la aglicona: el tipo dammarano y el tipo oleanano. El tipo dammarane es el tipo principal, y su esqueleto básico es un tetraciclo. De acuerdo con la posición de los grupos de azúcar en los carbonos 3, 6 y 20, que pueden estar vacíos o Unidos al anillo de azúcar, los ginsenósidos se pueden dividir en protoginsenol y protoginsenol. Solo un ginsenósido, Ro, es un ginsenósido de tipo oleanano, con ácido oleanólico como la aglicona y un esqueleto básico pentacíclic.

En la actualidad, se ha confirmado que los ginsenósidos están compuestos de más de 100 ginsenósidos, y se han aislado más de 40 ginsenósidos, la mayoría de los cuales son del tipo damarano, incluyendo nuevos ginsenósidos recientemente aislados de brotes de ginseng, ginseng procesado y hojas de ginseng. Entre ellos, los ginsenósidos más ampliamente estudiados y destacados son Rb1, Rb2, Rc, Rd, Rg1, Rg2, Rg3, Re, Rf, Rh1 y Rh2 [6]. Las actividades biológicas de los recién descubiertos ginsenósidos aún necesitan ser estudiadas.

2 biosíntesis de ginsenósidos

Hay dos vías de biosíntesis de terpenen las plantas, a saber, la vía MVA y la vía 2-c-metil-d-eritritol-4-fosfato (MEP). Anteriormente, se creía generalmente que los ginsenósidos fueron sintetiza través de la vía del mevalon(vía MVA) para sintetizar IPP y DMAPP, y luego 2,3-oxokaureno, que es modificado por hidroxily glicosilación para finalmente producir varios monómeros ginsenósidos. Estudios recientes han demostrado que las plantas también pueden utilizar los intermediarios glicolíticos piruvato y 3-fosfoglicerato como precursores para producir MEP a través de la acción enzim, y en última instancia IPP y DMAPP. Eisen-vaich et al. usaron un trazador de isótopos C13 para estudiar la vía de biosíntesis del terpenanticancerpaclitaxel, y los resultados mostraron que el paclitaxel es principalmente sintetiza través de la vía MEP [7]. Los ginsenósidos también son terpenoides, pero no hay reportes sobre si la vía de MEP existe en el ginseng.

En plantas, la vía MVA se encuentra en el citoplasma, mientras que la vía MEP se encuentra en los plástidos [8]. Están separados, pero los procesos de reacción se llevan a cabo simultáneamente. Aunque estas dos vías existen en dos espacios celulares diferentes, ambas generan IPP. Si hay un intercambio de IPP entre las dos vías y los detalles del intercambio siempre han sido uno de los temas de actualidad en el estudio del metabolismo terpeno en las plantas. Los investigadores han utilizado inhibidores de enzimas clave para inhibir las vías MVA y MEP por separado, confirmando que las dos vías son en gran medida independientes entre sí, mientras que también se encuentra que el intercambio de IPP entre las dos vías se produce [9-10]. Por lo tanto, hasta cierto punto, la síntesis IPP de las dos vías tiene una función compensatoria, que también puede ser una de las razones por las que la vía MEP en plantas no se ha descubierto antes. Sin embargo, hasta la fecha, no ha habido ninguna investigación sobre la vía de la MEP en el ginseng. Además, queda por estudiar si ambas vías o sólo una de ellas juega un papel importante en la síntesis de los ginsenósidos.

En el ginseng, las vías biosintéticas de esteroides y triterpenoides comparten el mismo precursor, el 2,3-oxidosqualeno, y los pasos de cicpara formar el 2,3-oxidosqualeno y ramison los mismos en las dos vías. En el ginseng, la síntesis de fitoesteroles y triterpenoides comienza con el producto de la ciclización del 2,3-oxidosqualeno catpor la ciclasdel oxidosqualeno (OSCS). En el ginseng, la -amilina sintasa (--como), la dammarana sintasa (DS) y la cicloartanol sintasa (CS) pertenecen a la familia oxidoescualenociclas(OSC) y se encuentran en el punto de ramide la biosíntesis de triterpenoides y esteroles (figura 1). Los dos son precursores de los ginsenósidos, con el DS proporcionando el esqueleto tetracíclicde dammarano para la síntesis de los ginsenósidos de tipo dammarano y el β proporcionando el esqueleto tetracíclicpara la síntesis de los ginsenósidos de tipo oleanano. Los intermediarios dammarano y ácido − -boswellico se pueden convertir en ginsenósidos a través de una serie de reacciones de hidroxilación y glicosilación [11-13]. Se cree que el citocromo P450 participa en la hidroxilación del esqueleto ginsenósido [14], mientras que las glicosiltransferasas participan en la glicosilación del esqueleto ginsenósido.

3 clonación e investigación sobre los genes que codifican las enzimas que participan en la biosíntesis del ginsenósido

Lee et al. [15] aislaron el clon completo de cDNA de SS (PgSS1, número de acceso: AB115496) mediante el análisis EST de las bibliotecas de cDNA de la hoja de ginseng. PgSS1 se considera un gen multicopia o un gen con varios intrones. La sobreexpresión de PgSS1 aumentó la actividad de la enzima PgSS1, resultando en un aumento significativo en el contenido de esteroles vegetales y ginsenósidos. Estos resultados indican que PgSS1 no es sólo una enzima reguladora clave en la biosíntesis de fitoesteroles, sino también en la biosíntesis de ginsenósido. Los mismos resultados también se encontraron en la sobreexpresión heteróloga de Panax ginsengPgSS1 [16], en la que los niveles de fitoesteroles (B-sitosterol, estigmasterol) y saponinas triterpenaumentaron de 2,0 a 2,5 veces en Panax ginseng transgé. Además, esto sugiere que en otras plantas, la sobreexpresión heteróloga de genes implicados en la biosíntesis de saponstriterpenginseng puede ser utilizado para aumentar los niveles de ginsenósidos y dilucidar el mecanismo de biosíntesis de los ginsenósidos.

Kushiro et al. [12] aislaron dos diferentes clones homólogos de cDNA que codifican − - como sintasa (PNY1 y PNY2) del pelo de raíz de ginseng. Estos dos β-ASs pueden tener un ancestrcomún que evolucionó a través de múltiples copias y mutaciones durante la evolución. Se ha determinado la parte interna clave de la enzima que forma la − -asarona (PNY1). Además, un estudio de mutación dirigido al sitio de PNY1 identificó un solo residuo de aminoácido, Tyr261, que es crítico para la especificidad del producto. La − -amirina y sus metabolison a menudo tejidos específicos [17], lo que puede ser la razón por la cual solo un tipo de saponina tipo oleanano (Ro) se ha identificado a partir del ginseng.

La Dammarane sinthase (DS) es considerada como la enzima biosintética más importante de los ginsenósidos. Bajo su acción catalítica, el 2,3-oxidosqualeno se convierte en (20S) -dammarano, no (20R) -dammarano. Recientemente, los investigadores han utilizado la tecnología RT-PCR para clonar el gen dammarane-II sintasa [18]. Este DS contiene un ORF de 2.310 BP que codifica un polipéptido de 770 aminoácidos, y la masa molecular prevista de este polipéptido es de 88,3 kDa. Además, el ARN de interferencia DS en el ginseng transgépuede silencila expresión de DS, lo que resulta en una reducción del 84.5% en la producción de saponina en las raíces de ginseng [19]. Estos resultados indican que DS es una enzima clave involucrada en la biosíntesis del ginsenósido, y por lo tanto la sobreexpresión de DS puede mejorar significativamente la biosíntesis del ginsenósido.

Hasta ahora, solo se han estudiado SS, DS, β as y CS. En el ginseng, un gen (número de adhesión AB009031) que codifica para la producción de ginsenósido protopanaxatriol se ha identificado [20], lo que sugiere una nueva vía de síntesis de esteroles de plantas en el ginseng. Además, los resultados del análisis de expression secuenciatag (EST) de las bibliotecas de cDNA de diferentes tejidos de ginseng [5,14,21] mostraron que los genes candidatos relacionados con la biosíntesis de ginsenósido codifican enzimas como HMGR, FRS, geranilgeranilo difosfato sintasa, citocromo P450, glicosiltransferasa, -glucosidasa y lupeol sintasa (LUS).

4 perspectivas

Entre los diversos componentes químicos del ginseng, los ginsenósidos son sus principales ingredientes activos. Actualmente, la mayoría de los estudios se han centrado en los componentes de la saponina. Antes de que la vía MEP fuera descubierta en bacterias y plantas, la vía MVA era considerada la única ruta sintética para la síntesis de saponde triterpenoides de IPP y DMAPP. Se ha demostrado la existencia de la vía MEP en diversas plantas; Sin embargo, se necesita más investigación sobre la vía de la MEP en el ginseng.

La biología Molecular y las técnicas de enzimse han utilizado con eficacia para revelar el mecanismo de la biosíntesis del ginsenósido, y se han obtenido cada vez más secuencias completas de cDNA de genes y genes candidatos que codifican enzimas relacionadas con la biosíntesis del ginsenósido. Además, la tecnología EST SE ha utilizado ampliamente para la clonación de genes y la expresión de squalene sintasa (HMGR, FPS, farnesil difosfato sintasa, SE) necesaria para la síntesis de ginsenósidos y las enzimas necesarias en los pasos posteriores (citocromo P450, glicosiltransferasa, b-glucosidasa). Además, el descubrimiento del gen candidato para la síntesis de lupeol y lanosterol en el ginseng ha mejorado la comprensión de las vías metabólicas en el ginseng. Tradicionalmente, las raíces de ginseng han sido consideradas el tejido principal para la biosíntesis de ginsenósido. Sin embargo, el DS responsable de la mayor parte de la biosíntesis del ginsenósido se expresa en el nivel más alto en brotes de flores de ginseng [19]. Esto sugiere que los capullos florales de ginseng pueden ser un material ideal para diseccionar aún más la vía de biosíntesis de ginsenósido.

Hasta ahora, los principales métodos utilizados para identificar genes que codifican enzimas que participan en la biosíntesis de ginsenósido han sido RT-PCR [12-13] y EST análisis [5,14,21]. Se ha construido una biblioteca de cromosomas artificial bacteriana ginseng basada en ginseng genomics. Estos recursos pueden ser utilizados no sólo para identificar genes relacionados con los ginsenósidos, sino también para dilucidar los mecanismos reguladores de la expresión génica. En los últimos años, el RNAi se ha convertido en un medio técnico muy eficaz en la ingeniería metabólica de las plantas. Puede inhibir eficazmente la expresión de genes específicos y puede ser utilizado como una herramienta para el descubrimiento futuro de genes implicados en la regulación metabólica del ginseng y la verificación funcional. El uso de la tecnología de RNAi puede analizar genes relacionados con la síntesis de ginsenósidos a gran escala y con alta eficiencia, y puede identificar con mayor eficacia y precisión posibles genes reguladores metabólicos y verificar su función [22]. En la actualidad, aunque se han hecho progresos sustanciales en la revelación de la vía de síntesis de ginsenósido, la investigación sobre el nivel catalítico de las enzimas relevantes aún no se ha llevado a cabo. Además, los pasos posteriores de la biosíntesis de ginsenósidos aún necesitan ser aclar, y todavía hay un largo camino por recorrer para analizar la biosíntesis de ginsenósidos.

Las saponinas de Ginseng son un componente importante de los metabolisecundarios, y su contenido y composición se determinan principalmente por las enzimas clave en la biosíntesis y sus niveles de expresión en las células. El metabolismo de los esteroles y triterpenoides vegetales es un proceso altamente complejo y dinámico regulado por múltiples factores. Todavía hay muchas preguntas por responder antes de que la ruta metabólica de los ginsenósidos puede ser completamente elucidado. Sin embargo, considerando la importancia económica y farmacológica del ginseng, esta sigue siendo un área importante en la que vale la pena trabajar.

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