Các nhà nghiên cứu xác định bước enzyme đầu tiên trong quá trình sinh tổng hợp các steroid thực vật quan trọng trong điều trị bệnh tim.
Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Plants, họ đã trình bày hai enzyme thuộc họ CYP87A là enzyme chủ chốt xúc tác cho sự hình thành pregnenolone, tiền chất cho quá trình sinh tổng hợp steroid thực vật, ở hai họ thực vật khác nhau. Việc phát hiện ra các enzyme như vậy sẽ giúp phát triển nền tảng sản xuất bền vững và rẻ tiền các hợp chất steroid chất lượng cao dùng trong y tế.
Thực vật tạo ra một loạt các chất chuyển hóa ấn tượng, bao gồm nhiều steroid có giá trị về mặt y tế. Ví dụ nổi tiếng về loại chất này thu được từ thực vật là cardenolide. Ngay từ năm 1785, bác sĩ người Anh William Withering (1741-1799) đã xuất bản một cuốn sách về bao tay cáo đỏ và công dụng của nó trong y học (Một tài liệu về bao tay cáo và một số công dụng y tế của nó: với những nhận xét thực tế về bệnh phù thũng và các bệnh khác . Birmingham 1785). Ông đã phát hiện ra trong các thí nghiệm rằng chiết xuất từ cây này làm tăng lượng nước tiểu ở người bệnh, do đó điều trị tình trạng giữ nước trong cơ thể. Tuy nhiên, ông không hề biết rằng các hoạt chất trong lá mao địa hoàng có tác dụng trực tiếp đến tim mạch. Kể từ nửa sau thế kỷ 19, cardenolide, glycosid tim từ thực vật,
"Ngoài tác dụng lên khả năng co bóp của tim, cardenolide còn được sử dụng rất thành công trong những năm gần đây để điều trị nhiều loại ung thư khác nhau. Tuy nhiên, con đường sinh tổng hợp thực vật tương ứng vẫn chưa được biết rõ mặc dù sự thành công của các phân tử steroid này ở người." Do đó, mục tiêu của chúng tôi là tìm hiểu cách thức thực vật tổng hợp các phân tử rất phức tạp này từ các tiền chất đơn giản nhưng đã được dự đoán trước”, tác giả đầu tiên Maritta Kunert giải thích.
Ngoài cây mao địa hoàng Digitalis purpurea , nhóm nghiên cứu còn nghiên cứu một loài thực vật khác là cây cao su Calotropis procera. Mặc dù hai loại cây này thuộc họ thực vật khác nhau nhưng chúng đều sản sinh ra một lượng lớn cardenolide. Vì các loài được nghiên cứu không phải là thực vật mô hình có bộ gen đã được giải trình tự và có nhiều chức năng gen được biết đến, dự án ban đầu giống như một "hộp đen" đối với các nhà nghiên cứu, vì họ không có bộ dữ liệu hoặc phương pháp tiêu chuẩn hiện có để dự phòng. TRÊN. Điểm khởi đầu của nghiên cứu này là công trình nghiên cứu trước đây trên một loài mao địa hoàng có liên quan, cho thấy rằng quá trình sinh tổng hợp xảy ra thông qua phân tử pregnenolone, đôi khi được gọi là "mẹ của tất cả các hormone steroid" vì tất cả các hormone steroid chính như testosterone, progesterone và estrogen ở người có thể bắt nguồn từ tiền chất pregnenolone.
(adv)
"Chúng tôi đã xác định được các gen ứng cử viên liên quan đến quá trình sinh tổng hợp cardenolide bằng cách phân tích so sánh hai loài thực vật. Cấu trúc của cardenolide ở những thực vật này có cả đặc điểm chồng chéo và khác nhau. Do đó, so sánh thông tin về bộ gen của thực vật, đặc biệt là gen nào được biểu hiện." ở hai loài thực vật này, liên quan đến sự hình thành các chất chuyển hóa, rất hữu ích trong việc xác định các enzyme liên quan đến sự hình thành pregnenolone", trưởng nhóm nghiên cứu Prashant Sonawane, người đứng đầu nhóm dự án "Chuyển hóa chuyên biệt Steroid ở thực vật" thuộc Khoa Tự nhiên cho biết. Sinh tổng hợp sản phẩm.
Ngoài ra, các nhà khoa học thậm chí còn không biết các chất chuyển hóa quan tâm được tích lũy ở đâu trong các bộ phận khác nhau của thực vật. "Việc định vị các cardenolide đặc hiệu cho mô là rất quan trọng để sử dụng các bộ dữ liệu di truyền theo cách cho phép lựa chọn 13 gen ứng cử viên. Việc so sánh các bộ dữ liệu này giữa các loài thực vật khác nhau đã giúp chúng tôi giảm số lượng gen ứng cử viên để xác định đặc tính sâu hơn", giải thích. Prashant Sonawane.
Cuối cùng, hai enzym thuộc họ cytochrome P450 87A đã được xác định có tác dụng xúc tác quá trình chuyển đổi cả cholesterol và phytosterol thành pregnenolone trong mao địa hoàng và Calotropis Procera . Đây là bước đầu tiên trong quá trình sinh tổng hợp cardenolide ở hai loài thực vật có quan hệ họ hàng xa này. Điều quan trọng, đây là chức năng enzyme đầu tiên được báo cáo cho phân họ cytochrome P450 này.
Các nhà khoa học đã kiểm tra phát hiện của họ bằng cách sửa đổi thực vật thuộc hệ thống mô hình Arabidopsis thaliana để sản xuất nhiều enzyme CYP87A hơn. Cây Arabidopsis biến đổi gen tích lũy hàm lượng pregnenolone cao bất thường. Bằng chứng sâu hơn về sự liên quan của enzyme CYP87A trong việc hình thành pregnenolone đến từ cây mao địa hoàng biến đổi gen thiếu enzyme CYP87A trong lá của chúng. Ở những cây này, sự hình thành pregnenolone và cardenolide đã giảm đáng kể. Các tác giả đã thiết lập hệ thống biến nạp ổn định đầu tiên để biến đổi cây mao địa hoàng nhằm nghiên cứu các chất chuyển hóa chuyên biệt.
Nhóm nghiên cứu vẫn chưa hài lòng với việc giải mã bước enzyme đầu tiên của quá trình sinh tổng hợp cardenolide. "Chúng tôi đang nghiên cứu các bước tiếp theo để hình thành cardenolide ở các loài thực vật khác nhau. Con đường sinh tổng hợp này dài và rất phức tạp. Với khả năng áp dụng các phương pháp giải trình tự, tin sinh học và chuyển hóa mới nhất trên nhiều loài thực vật, chúng tôi hy vọng sẽ giải quyết được câu đố này sớm thôi," Prashant Sonawane nói.
Thực vật sản xuất nhiều hợp chất dược phẩm. Việc khai thác các sản phẩm tự nhiên này vẫn còn rất phức tạp và thường không bền vững. Khoa Sinh tổng hợp Sản phẩm Tự nhiên tại Viện Sinh thái Hóa học Max Planck, do Sarah O'Connor đứng đầu, nhằm mục đích làm sáng tỏ con đường sinh tổng hợp các hóa chất thực vật quan trọng có liên quan đến y tế. Sarah O'Connor cho biết: "Việc phát hiện ra các enzyme như CYP87A có thể giúp phát triển nền tảng sinh học để sản xuất bền vững các hợp chất thực vật có giá trị cao bằng cách sử dụng các loại thực vật khác để sinh tổng hợp chúng".
Nguồn Viện Sinh thái Hóa học Max Planck
