ギンセノシドの合成に関する研究

チョウセンニンジン(朝鮮人参、学名:panax高麗人参c 。 a . mey)は、アカネ科チョウセンニンジン属に属し、主に中国東北部、韓国、日本に分布する代表的な薬用植物である。高麗人参には、サポニン、多糖類、ポリアセチレン、フラボノイドなど、多様な化学成分が含まれている。このうち、ギンセノシドは高麗人参の二次代謝物であり、主な生理活性成分である。それは、免疫系の調節、抗ストレス、低血糖、抗炎症、抗酸化、抗がん効果を含む生理学的および薬理作用の広い範囲を持っています。作用のメカニズムは、主に体を動員することです'の内部要因は、ほとんど毒性や副作用で、その効果を発揮する神経保護機構、および免疫機構を動員。

高麗人参は現在、世界の一つです'のベストセラーの伝統的な中国薬と広く世界中で使用されています。世界市場全体では消費の高丽人参また、関連製品は3.5億米ドルに達したと推定されています[1]。しかし、高麗人参は栽培期間が長く(6 ~ 7年)、紅皮病や根腐れなどの深刻な植物病のため、栽培が難しい[1]。したがって、ニンジンの組織および細胞培養(カルス組織および細胞懸液など)を研究し、agrobacterium tumefaciensによる正常な根の根形成を誘導し、ginsenosidesを生成する。しかし、この方法によるギンセノシドの生産効率は非常に低い。そこで、ギンセノシドを過剰生産するために代謝工学が用いられ[2-3]、これはギンセノシドの生産効率を向上させる魅力的な戦略である。

1ギンセノシドの概要

The maでpharmacological active ingredient のginseng is ginsenoside, which is a triterpene saponin. Ginsenosides are named 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) according to のorder のtheir Rf values from bottom to top on a TLC plate [4]. Ginsenosides are derivatives のsugars, mainly compounds in which the hydroxyl group of a sugar is bound to a non-sugar moiety. The non-sugar moiety is called the aglycone. Ginsenosides are divided into two groups based on the structure of the aglycone: the dammarane type とthe oleanane type. The dammarane type is the main type, and its basic skeleton is a tetracycle. According to the position of the sugar groups on carbons 3, 6 and 20, which can be empty or attached to the sugar ring, ginsenosides can be further divided into protoginsenol and protoginsenol. Only one ginsenoside, Ro, is an oleanane-type ginsenoside, with oleanolic acid as the aglycone and a pentacyclic basic skeleton.

At present, ginsenosides have been confirmed to be composed of more than 100 ginsenosidesまた、40種余りのギンセノシドが単離されているが、大部分がダマラン型で、最近、高麗人参の芽や加工人参、葉から分離された新ギンセノシドも含まれている。その中で、最も広く研究され注目されているギンセノシドは、rb1、rb2、rc、rd、rg1、rg2、rg3、re、rf、rh1、およびrh2です[6]。新たに発見されたギンセノシドの生物学的活性については、まだ研究が必要である。

2ギンセノシドの生合成

植物のテルペン生合成経路には、mva経路と2- c-メチル- d-エリトリトール-4-リン酸(mep)経路の2つがある。従来、ジンセノシドはメバロン酸経路(mva経路)を経てippとdmappを合成し、さらに2,3-オキソコーレンがヒドロキシ化とグリコシル化によって修飾され、最終的に様々なギンセノシド単量体を生成すると考えられていた。最近の研究では、植物は糖鎖中間体のピルビン酸と3-ホスホグリセリン酸を酵素作用を介してmep、最終的にはippとdmappを生成する前駆体としても利用できることが示されている。eisen-vaichらは、c13同位体トレーサーを用いて抗がん剤テルペンパクリタキセルの生合成経路を研究し、その結果、パクリタキセルは主にmep経路を介して合成されることを示した[7]。ギンセノシドもテルペノイドであるが、高麗人参にmep経路が存在するかどうかについての報告はない。

In plants, the MVA pathway is found to exist in the cytoplasm, while the MEP pathway is found in the plastids [8]. They are separated, but the reaction processes are carried out simultaneously. Although these two pathways exist in two different cellular spaces, they both generate IPP. Whether there is an exchange of IPP between the two pathways and the details of the exchange have always been one of the hot topics in the study of terpene metabolism in plants. Researchers have used inhibitors of key enzymes to inhibit the MVA and MEP pathways separately, confirming that the two pathways are largely independent of each other, while also finding that IPP exchange between the two pathways does occur [9-10]. Therefore, to some extent, the IPP synthesis of the two pathways has a compensatory function, which may also be one of the reasons why the MEP pathway in plants has not been discovered earlier. However, to date, there has been no research on the MEP pathway in ginseng. In addition, it remains to be studied whether both pathways or only one of them plays an important role in ginsenoside synthesis.

In ginseng, the biosynthetic pathwaysステロイドとトリテルペノイドは同じ前駆体である2,3-オキシドスクァレンを共有し、2,3-オキシドスクァレンへの環化と分岐の過程は2つの経路で同じである。高麗人参では、フィトステロールとトリテルペノイドの合成は、オキシドスクレンシクラーゼ(oscs)によって触媒される2,3-オキシドスクレン環化の生成物から始まる。人参、β-amyrinシンターゼ(βas) dammaraneシンターゼ(DS)とcycloartanolシンターゼ(CS)に属するoxidoスクアレンcyclase (OSC)家の家督はtriterpenoidの分岐点に位置であり、ステロール生(図1)。CAS同時にcycloartanol結成のとして使用することができる前駆体植物sterols。DSおよびβ皆2人前兆ginsenosides tetracyclicを提供するとDS dammarane霊骸合成dammarane-type ginsenosidesと霊骸のβas tetracyclicを与えるの合成oleanane-type ginsenosides。のintermediates dammaraneとβ-boswellic酸に変換することができるginsenosides一連のhydroxylation glycosylation反応することがしばしばあり[13]。シトクロムp450はギンセノシド骨格の水酸化に関与していると考えられ[14]、グリコシルトランスフェラーゼはギンセノシド骨格のグリコシル化に関与している。

3ギンセノシド生合成に関わる酵素をコードする遺伝子のクローニングと研究

Lee et al. [15] isolated the full-length cDNA clone of SS (PgSS1, accession number: AB115496) through EST 分析の高丽人参leaf cDNA libraries. PgSS1 is considered to be a multi-copy gene or a gene with several introns. Overexpression of PgSS1 enhanced the activity of the PgSS1 enzyme, resulting in a significant increase in plant sterol and ginsenoside content. These results indicate that PgSS1 is not only a key regulatory enzyme in 植物ステロールbiosynthesis, but also in ginsenoside biosynthesis. The same results were also found in the heterologous overexpression of 米国産人参PgSS1[16]では、トランスジェニックパナックス人参において、フィトステロール(b-シトステロール、スチグマスターール)およびトリテルペンサポニンの濃度が2.0 ~ 2.5倍増加した。また、他の植物でチョウセンニンジンのトリテルペンサポニン生合成に関与する遺伝子を異種で過剰に発現させることで、ギンセノシドの濃度を上昇させ、ギンセノシドの生合成機構を解明することができることが示唆された。

釧路中枢らです。[12]孤立违いcDNAクローン符号化βwシンターゼ(PNY1とPNY2)根毛墓参それより。この2つのβ-ASs複数のコピーを進化した5月に共通祖先がいて进化の过程や突然変異ます。鍵内部部の極上の酵素を形β-asarone (PNY1)が確定した。さらに、pny1の部位特異的変異研究により、製品特異性に重要な1つのアミノ酸残基tyr261が同定された。β-Amyrinとその老廃物は往々にしてtissue-specific〔17〕、せいか一種のoleanane-type■サポニン(Ro)はすでに墓参それより決まっていた。

ダンマランシンターゼ(ds)は、ギンセノシドの最も重要な生合成酵素であると考えられている。2,3-オキシドスクアレンは(20 r)-ダムマランではなく(20 s)-ダムマランに変換される。最近、研究者はrt-pcr技術を使用してdammarane-ii合成酵素遺伝子をクローンしました[18]。このdsは、770アミノ酸のポリペプチドをコードする2,310 bpのorfを含み、予測される分子量は88.3 kdaである。さらに、遺伝子導入高麗人参のrna干渉dsはds発現を抑制し、高麗人参根のサポニン産生を84.5%減少させる[19]。これらの結果は、dsがギンセノシド生合成に関与する重要な酵素であることを示しており、dsの過剰発現はギンセノシド生合成を有意に促進する可能性がある。

So far, only SS, DS, β-AS and CS have been studied. In ginseng, a gene (accession number AB009031) encoding for the production of ginsenoside protopanaxatriol has been identified [20], suggesting a novel plant sterol synthesis pathway in ginseng. In addition, the results of expression シーケンスtag (EST) analysis of cDNA libraries from different tissues of ginseng [5, 14, 21] showed that candidate genes related to ginsenoside 生encode enzymes such as HMGR, FRS, geranylgeranyl diphosphate synthase, cytochrome P450, glycosyltransferase, β-glucosidase and lupeol synthase (LUS).

4展望

Among the various chemical components of 高麗人参ginsenosides are its main active ingredients. Currently, most studies have focused on the saponin components. Before the MEP pathway was discovered in bacteria and plants, the MVA pathway was considered the only synthetic route for the synthesis of triterpenoid saponins from IPP and DMAPP. The MEP pathway has now been shown to exist in a variety of plants; however, more research is needed on the MEP pathway in ginseng.

ギンセノシド生合成のメカニズムは分子生物学や酵素学の手法を駆使して明らかにされており、ギンセノシド生合成に関連する酵素をコードする遺伝子や候補遺伝子の完全なcdna配列が得られるようになってきている。また、est技術は、ギンセノシド合成に必要なスクアレン合成酵素(hmgr、fps、ファネシル二リン酸合成酵素、se)や、その後の段階で必要な酵素(シトクロムp450、糖転移酵素、b-グルコシダーゼ)の遺伝子クローニングや発現にも広く利用されています。また、高麗人参のルピオールとラノステロールを合成するための候補遺伝子が発見され、高麗人参の代謝経路に対する理解が深まった。伝統的に、人参の根はギンセノシド生合成のための主要な組織と考えられてきた。しかし、ギンセノシド生合成の大部分を担うdsは高麗人参の花芽で最も高いレベルで発現している[19]。これは、高麗人参の花芽が、ギンセノシド生合成経路をさらに分析するための理想的な材料である可能性を示唆している。

これまで、ギンセノシド生合成に関与する酵素をコードする遺伝子を同定するために用いられた主な方法は、rt-pcr[12 - 13]とest解析[5、14、21]でした。高麗人参のゲノムに基づいた高麗人参細菌人工染色体ライブラリーが構築された。これらのリソースは、ギンセノシドに関連する遺伝子の同定だけでなく、遺伝子発現の制御機構の解明にも利用できます。近年、rnaiは植物代謝工学において非常に有効な技術手段となっている。特定の遺伝子の発現を効果的に抑制することができ、高麗人参の代謝調節に関わる遺伝子の発見と機能検証のためのツールとして活用できる。rnai技術を使用すると、ギンセノシド合成に関連する遺伝子を大規模かつ高効率に解析することができ、可能な代謝調節遺伝子をより効果的かつ正確に同定し、その機能を検証することができます[22]。現在、ギンセノシド合成経路の解明はかなり進んでいるが、関連する酵素の触媒レベルの研究は行われていない。また、その後のジンセノシド生合成の過程についても明らかにする必要があり、ジンセノシド生合成の解析にはまだまだ時間がかかる。

高麗人参サポニンは二次代謝物の重要な成分であり、その内容と組成は主に生合成におけるキー酵素と細胞内での発現レベルによって決定される。植物ステロールおよびトリテルペノイドの代謝は、複数の要因によって制御されている非常に複雑で動的なプロセスです。ギンセノシドの代謝経路が完全に解明されるまでにはまだ多くの疑問が残されている。しかし、高麗人参の経済的・薬理的な重要性を考慮すると、依然として研究すべき重要な分野である。

参考:

[1] hong s g, lee k h, kwak j,et al.パナックス人参に関連する酵母の多様性[j]。^『仙台市史』仙台市、2006年、474 -679頁。

[2] wu qiong, zhou yingqun, sun chao, et al。ギンセノシド生合成・二次代謝工学[j]。中国生物工学会誌,2009,29(10):102-108。

[3]梁Yが高く、趙S。ギンセノシド生合成の進行状況の不理解[j]。2008植物生物10:415-421。

[4] okazaki h, tazoe f, okazaki s,et al. increase cholesterol biosyn- thesis and high cholesterolemia in mice overexpressed squalene synthase in the liver[j]。^岩波書店、2006年、45 - 45頁。

[5] kim m k, lee b s, in j g,et al. exp ressedse- quence tagsの比較分析 (か)  of  人参葉か[J]。植物 セル 2006年Rep、25:599 -606。

[6]ヘルムズSです。[j]がんの予防と治療:高麗人参[j]。^ a b c d e『人事興信録』人事興信録、2004年、259-274頁。

[7] eisenvaich w, menhard b, hylandst p j,et al.タキソールのバイ生合成に関する研究:タキサンの炭素骨格はメバロノイド起源ではない [J]。1996年生化学93:6431-6436。

[8] seemann m, tse sum bui b, wolff m,et al. mep経路を介した植物葉緑体におけるイソプレノイド生合成:gcpe / ispgの直接的なチラコイド/ferredoxinde- pendent光還元[j]。^ a b c d e f『官報』第1658号、大正8年、547頁 1552.

[9] hemmerlin a, hoeffler j f, meyer o,et al 細胞質メバロン酸と可塑性メチルエリトリトールリン酸経路 タバコでは明るい黄色-2細胞[j]。2003年生物化学の雑誌278:26666-26676。

[10] rohdich f, zepeck f, adam p,et al.イソプレノイド生合成のデオキシキシルロースリン酸経路:ispgおよびisphタンパク質が触媒するre作用機序に関する研究[j]。^ a b「proceedings of the na - tional academy of sciences, usa,2003」。proceedings of the na - tional academy of sciences, usa(2003年). 2006年10月10日閲覧。

[11]釧路t,大野y,渋谷m,et al. panax参腸ミクロソームによる2,3 -oxidosqualeneからdammarenediolへのin vitro変換[j]。生物&製薬公報」を発表した。1997年20:292-294じゃない。

[12]釧路t,渋谷m, ebizuka y。β-アミリン合成酵素:高等植物で最も一般的なトリテルペンの形成を触媒するオキシドスクレンシクラーゼのクローニング[j]。^ a b c d e f g h『日本の歴史』、1998年、256:238-244頁。

[13]釧路 T,渋谷  M, EBIZUKA Y "はない分子  クローン of  ox-イドスクレンシクラゼpanax ginseng由来のcdna:コードするアイソジーン betaamyrin シンターゼ。へ 自然 薬 研究 21 世紀[J]。略称はmedica international 国会 1157年(保元2)シリーズ、1998年より: 421-428。

[14] jung j d, hahm y, hur c g,et al analysis  of ginseng  exp ressed  sequence  エディか[J]…^『官報』第2222号、大正11年、224-230頁。

[15] lee m h, jeong j h, seo j w,et al. enhanced triterpene and phyto- terol biosynthesis  in  Panax ginseng   overexpressing  squalene  シンターゼ遺伝子[J]。2004年植物細胞Physiol、45 (8) : 976-984。

[16] seo j w, jeong j h, shin c g,et al Eleutherococcus senticosus 増加 phytosterol  and  triterpeneか[J]集積にほかなりません。2005年Phytochemistry、66:869-877。

[17] phillips d r, rasbery j m, bartel b,et al 植物におけるトリテルペン環化[j]。^ a b c d e f g h『植物学概論』、2006年、9:305-314頁。

[18] pimpimon tansakul m s,釧路哲夫,ebizuka yutaka。 テンマレネジオール- iiシンターゼは、パナックス人参における最初のギンセノシドbi-合成専用酵素である[j]。2006年それ手紙fbi、580:5143-5149。

[19] han j y, kwon y s, yang d c,et al of  the  パナックス人参のダムマレネジオール合成酵素遺伝子[j]。plant cell physiol,2006,47(12): 1653-1662。

[20] suzuki m, xiang t, oyamama k,et。ラノステロール合成酵素indicotyle- donous plants[j]。^「plant & cell physiology,2006,47: 565-571」。plant & cell physiology . 2006年7月25日閲覧。

[21] choi d w, jung j, ha y i,et al.メチルjasマナート処理された高麗人参の毛根の転写物の分析により、ギンセノイドなどのバイオ合成に関与する遺伝子を同定する 副役立ちますか[J]。植物 セル 評判は05シーズンまで、23日:557-566た。

[22] pan xichun, sun min, zhang lei, et al。rna干渉とその薬用植物代謝工学への応用[j]。^ a b c d e f g h『漢書』、2005年、36(9):1281-1284。