Ginsenoside의 합성에 관한 연구

인삼 (Panax 인삼 C. a. Mey)은 Araliaceae에 속하는 Panax 속에 속하는 인삼 (Panax 인삼 C. a. Mey)으로 중국 동북부와 한국, 일본에 주로 분포하는 약용식물로 잘 알려져 있다.인삼에는 사포닌, 다당류, 폴리아세틸렌, 플라보노이드 등의 다양한 화학 성분이 함유되어 있다.그 중 진세노사이드 (ginsenoside)는 2차이다인삼의 대사산물이며 인삼의 주요 생리활성 성분이다다.그것은 면역계 조절, 항 스트레스, 저혈당, 항염증, 항산화 및 항암 효과 등 다양한 생리 및 약리 학적 활성을 가지고 있습니다.그것의 작용 메커니즘은 주로 body&를 동원한다#39;s 내적요인, 신경보호기전, 면역기전을 동원하여 그 효과를 발휘하는데 독성이나 부작용이 거의 없다.

인삼은 현재 세계 '의 베스트셀러 전통 중국 의약품 및 전 세계에서 널리 사용됩니다.전체 세계 시장인삼의 섭취그리고 관련 상품은 3억 5 천만 달러 [1]에 달한 것으로 추정된다.그러나 인삼재배는 긴 재배시간 (성숙기까지 6~7년)과 붉은 피부병, 뿌리 썩음 [1] 등 심각한 식물병 때문에 매우 어렵다.따라서 연구자들은 인삼의 조직 및 세포배양을 통해 굳은살조직, 세포유지 등 정상적인 뿌리에서 뿌리형성을 유도하고, 이로 인해 진세노사이드 (ginsenoside) 가 생성되는 것을 연구해 왔다.그러나이 방법에 의한 ginsenosides의 생산 효율은 매우 낮다.따라서 대사공학은 진세노사이드 (ginsenoside)를 과잉 생산하는데 사용되며 [2-3], 이는 진세노사이드의 생산 효율을 높이기 위한 매력적인 전략이다.

ginsenosides의 개요 1

인삼의 주요 약리학적 활성 성분은 다음과 같습니다ginsenoside, 그것은 트리테르펜 사포닌입니다.Ginsenosides 이름은 RX (X = 0,겠어요, A-2, B-1, b-2, B-3, C, D, E, F, 20-O-F, G-1, G-2, H-1, ⅆ, X)에 따르면 아래에서 그들의 Rf 값의 주문 위로 TLC 플레이 트 [4]에 있다.진세노사이드 (Ginsenosides)는 당의 유도체로, 주로 설탕의 히드록실기가 설탕이 아닌 모이어티 (moiety)와 결합한 화합물이다.설탕을 넣지 않은 모이어티를 아글리콘 (aglycone) 이라고 부른다.진세노사이드 (Ginsenosides)는 아글리콘의 구조에 따라 두 그룹으로 나뉘는데, dammarane 형과 oleanane 형이다.담 마라네 타입이 주 타입이며, 기본 골격은 테트라 사이클이다.탄소수 3, 6 및 20의 당 그룹들 중 공비 또는 당고리에 부착될 수 있는 당군의 위치에 따라 진세노사이드는 프로토 진세놀 (protoginsenol)과 프로토 진세놀 (protoginsenol)로 더 구분될 수 있다.단 하나의 진세노사이드 (ginsenoside, Ro)는 올레아난산 (oleanolic acid)을 아글리콘 (aglycone)으로하고 펜타사이클의 기본 골격을 갖는 올레아난 형태의 진세노사이드 (ginsenoside)이다.

현재,100개 이상의 진세노사이드 (ginsenoside)로 구성되어 있음이 확인되었다그리고, 40개 이상의 ginsenosides 가 분리되었으며, 대부분은 damarane-type 이며, 최근에 인삼 싹이나 가공 인삼, 인삼 잎에서 분리 된 새로운 ginsenosides를 포함합니다.그 중 가장 널리 연구되고 주목할만한 진세노사이드는 Rb1, Rb2, Rc, Rd, Rg1, Rg2, Rg3, Re, Rf, Rh1, Rh2 [6]이다.새로 발견된 진세노사이드의 생물학적 활성은 아직 연구가 필요하다.

ginsenosides의 생합성 2

식물에는 MVA 경로와 2-C-methyl-D-erythritol-4-phosphate (MEP) 경로 등 두 가지 테르펜 생합성 경로가 있다.이전에는, 일반적으로 그렇게 믿었다ginsenosides는 mevalonate 경로를 통해 합성되었다(MVA pathway)를 이용하여 IPP와 DMAPP을 합성하고, 2,3-oxokaurene을 합성하여 hydroxylation과 glycosylation에 의해 추가로 변형되어 최종적으로 다양한 ginsenoside monomer를 생성한다.최근 연구에 따르면 식물도 해당 중간체인 피루브산과 3-포스포글리세레이트를 전구체로 사용하여 효소작용을 통해 MEP를 생성할 수 있으며, 궁극적으로 IPP와 DMAPP.아이젠-바이치 등은 C13 동위원소 추적자를 이용해 항암 테르펜 파클리탁셀의 생합성 경로를 연구했고, 그 결과 파클리탁셀은 주로 MEP 경로를 통해 합성된다 [7].Ginsenosides도 terpenoids 이지만 인삼에 MEP 경로가 존재하는지에 대한 보고는 없다.

식물에서 MVA 경로는 세포질에 존재하는 것으로 밝혀졌으며, MEP 경로는 가소물에서 발견된다 [8].그들은 분리되지만, 반응 과정은 동시에 수행됩니다.이 두 경로가 두 개의 다른 세포 공간에 존재하지만, 둘다 IPP를 생성한다.두 경로 사이에 IPP의 교환이 있는지 여부와 그 교환의 세부사항은 식물의 테르펜 대사에 대한 연구에서 항상 뜨거운 주제 중 하나였다.연구자들은 주요 효소의 억제제를 사용하여 MVA와 MEP 경로를 따로 억제하여 두 경로가 서로 대체로 독립적이라는 것을 확인함과 동시에 두 경로 사이의 IPP 교환이 일어난다는 사실도 발견하였다 [9-10].따라서 어느 정도 두 경로의 IPP 합성은 보상적 기능을 가지고 있으며,이 또한 식물에서 MEP 경로가 일찍이 발견되지 않은 이유 중 하나가 될 수 있다.그러나 현재까지에 대한 연구는 전무한 실정이다인삼의 MEP 경로다.또한, 두 경로 모두 진세노사이드 합성에 중요한 역할을 하는지 아니면 둘 중 하나만 작용하는지는 아직 연구해야 할 과제로 남아 있다.

에서인삼, 생합성 경로스테로이드와 트리테르페노이드는 같은 전구체인 2,3-산화스쿠알렌을 공유하며, 2,3-산화스쿠알렌을 형성하고 분지하는 순환의 단계는 두 경로에서 같다.인삼에서 피토스테롤과 트리테르페노이드의 합성은 OSCS (oxido스쿠알렌cyclase)에 의해 촉매된 2,3-oxidosqualene cyclization의 생성물로부터 시작된다.인삼에서, β-amyr에서synthase (β 자는), dammarane synthase (DS)와 cycloartanol synthase (CS)에 속해 있 oxidosqualene cyclase (OSC) 가족과 분지에 위치 한 triterpenoid 지점 및 sterol biosynthesis(그림 1). 캐 스 catalyzes cycloartanol의 형성, 식물 sterols을 위한 전구체로 사용 될 수 있다.DS와 β 자는 모두 마련을 위한 ginsenosides, DS와 함께 제공하는 tetracyclic dammarane 해골의 합성을 위한 dammarane-type ginsenosides와 β 자는의 합성을 증대하는 해골 tetracyclic를 제공 oleanane-type ginsenosides다.그 intermediates dammarane와 β-boswellic 산성을 통해 ginsenosides으로 전환 될 수 있는 일련의 hydroxylation와 glycosylation 반응은 [13]다.Cytochrome P450은 진세노사이드 골격 (ginsenoside skeleton)의 hydroxylation에 관여하는 것으로 생각되며 [14], glycosyltransferases는 진세노사이드 골격 (ginsenoside skeleton)의 당화에 관여한다.

ginsenoside 생합성에 관여하는 효소를 암호화하는 유전자에 대한 Cloning 및 연구 3

Lee 등 15)은 인삼잎 cDNA 라이브러리의 EST 분석을 통하여 SS (PgSS1, accession number:AB115496)의 전장 cDNA clone을 분리하였다.PgSS1은 다중 복사 유전자 또는 여러 개의 인트론을 가진 유전자로 간주된다.PgSS1의 과발현은 PgSS1 효소의 활성을 증진시켜 식물 sterol과 ginsenoside 함량이 유의적으로 증가하였다.이러한 결과는 PgSS1이 phytosterol생합성뿐만 아니라 ginsenoside 생합성에서도 핵심적인 조절효소임을 나타낸다.이화학적 특성에서도 동일한 결과가 나타났다Panax 인삼 PgSS1의 과발현[16], 형질전환 파낙스 인삼에서 피토스테롤 (β-sitosterol, stigmasterol)과 트리테르펜 사포닌 수치가 2.0~2.5배 증가한 것.또한, 이는 다른 식물에서 인삼 triterpene saponin 생합성에 관여하는 유전자의 이형과발현이 ginsenoside 수치를 증가시키고 ginsenosides의 생합성 기전을 해명하는데 이용될 수 있음을 시사한다.

Kushiro et al. [12] 고립 된 두 개의 다른인 코딩 상동 cDNA 클론 β 자는 synthase (PNY1 및 PNY2)에서인삼 뿌리 털.이 두 β-ASs 공통 조상이 있 을지 모 른 진화 동안 여러 복사 본을 통해 발전 했고 돌연변이이다.열쇠를 내부의 일부는 효소 형태 β-asarone (PNY1)이 결정 되었다.또한, PNY1의 site-directed mutation 연구를 통해 산물의 특이성에 중요한 단일 아미노산 잔기인 Tyr261을 확인하였다.β-Amyrin과 대사 물질은 종종 tissue-specific [17],의 유형을 하나만 왜 할 수 있는 oleanane-type 사포 닌 (Ro)는 인삼에서 확인 되었다.

Dammarane synthase (DS) 가 가장 중요한 것으로 여겨진다ginsenosides의 생합성 효소다.그것의 촉매 작용에 의해, 2,3-옥시도스쿠알렌은 (20R)-담마라인이 아니라 (20)-담마라인으로 전환된다.최근 연구자들은 RT-PCR 기술을 이용하여 dammarane-II synthase 유전자를 복제하였다 [18].이 DS는 770개의 아미노산의 폴리펩타이드를 암호화하는 2,310 bp ORF를 포함하고 있으며,이 폴리펩타이드의 예측 분자량은 88.3 kDa이다.또한 형질전환 인삼의 RNA 간섭 DS는 DS 발현을 잠재시켜 인삼 뿌리의 사포닌 생성을 84.5% 감소시킬 수 있다 [19].이러한 결과는 DS 가 ginsenoside 생합성에 관여하는 핵심 효소이며, 따라서 DS의 과발현은 ginsenoside 생합성을 현저히 향상시킬 수 있음을 나타낸다.

지금까지, 유일한 SS, DS, β 자는고 CS 연구 되었다.에서인삼, 유전자 (가입번호 AB009031)인삼에서 새로운 식물 스테롤 합성 경로를 제시하는 ginsenoside protopanaxatriol의 생산에 대한 부호화가 밝혀졌다 [20].게다가, 표현의 결과 시퀀스 태그 (EST) 분석 cDNA 라이브러리의 다른 조직 으로부터의 인삼 [5, 14, 21]과 관련 된 다는 것을 보여주 후보 유전자 ginsenoside biosynthesis 같은 효소인 코딩 HMGR, FRS, geranylgeranyl diphosphate synthase, cytochrome P450, glycosyltransferase, β-glucosidase과 lupeol synthase (LUS)이다.

4 전망

인삼의 다양한 화학성분 중 진세노사이드 (ginsenoside) 가 인삼의 주요 활성성분이다.현재 대부분의 연구는 saponin 성분에 초점을 맞추고 있다.MEP 경로가 박테리아와 식물에서 발견되기 전에는 MVA 경로가 유일한 합성 경로로 여겨졌다triterpenoid saponins의 합성IPP와 DMAPP에서.MEP 경로는 현재 다양한 식물에 존재하는 것으로 나타났다;그러나 인삼의 MEP 경로에 대해서는 더 많은 연구가 필요하다.

분자생물학과 효소학 기술이 효과적으로 사용되어 ginsenoside 생합성의 메커니즘을 밝혀내고 있으며, 점점 더 완전한 유전자의 cDNA 서열과 후보 유전자 암호화ginsenoside 생합성과 관련된 효소have를 얻었다.또한, EST 기술은 ginsenoside 합성에 필요한 squalene synthase (HMGR, FPS, farnesyl diphosphate synthase, SE)와 이후 단계에서 필요한 효소 (cytochrome P450, glycosyltransferase, B-glucosidase)의 유전자 클로닝 및 발현을 위해 광범위하게 사용되고 있다.또한 인삼에서 lupeol과 lanosterol의 합성을 위한 후보 유전자를 발견함으로써 인삼의 대사 경로에 대한 이해를 증진시켰다.전통적으로 인삼 뿌리는 진세노사이드 생합성의 주요 조직으로 여겨져 왔다.그러나 대부분의 ginsenoside 생합성을 담당하는 DS는 인삼꽃봉오리에서 가장 높은 수준으로 발현된다 [19].이는 인삼꽃봉오리가 ginsenoside 생합성 경로를 추가적으로 해부하는데 이상적인 물질이 될 수 있음을 시사한다.

지금까지는 주로 유전자 암호화 (encoding)를 규명하는 방법을 사용했다ginsenoside 생합성에 관여하는 효소RT-PCR [12-13]과 EST 분석 [5, 14, 21]을 하였다.인삼 유전체 기반의 인삼 박테리아 인공 염색체 라이브러리가 구축됐다.이러한 자원은 ginsenosides와 관련된 유전자를 규명하는 것뿐만 아니라 유전자 발현의 조절기전을 해명하는 데에도 사용될 수 있다.최근 RNAi는 식물대사공학에서 매우 효과적인 기술수단으로 각광받고 있다.특정 유전자의 발현을 효과적으로 억제할 수 있으며 향후 인삼 대사 조절 및 기능성 검증에 관여하는 유전자 발굴을 위한 도구로 활용될 수 있다.RNAi 기술을 이용하면 진세노사이드 합성과 관련된 유전자를 대규모로, 고효율로 분석할 수 있으며, 가능한 대사조절 유전자를보다 효과적이고 정확하게 찾아내고 그 기능을 검증할 수 있다 [22].현재 진세노사이드 합성 경로를 밝히는 데 상당한 진전이 있었지만 관련 효소의 촉매 수준에 대한 연구는 아직 수행되지 않고 있다.또한, 진세노사이드 생합성의 후속 단계는 아직 명확히 밝혀져야 하며, 진세노사이드의 생합성을 분석하기 위해서는 아직 갈 길이 멀다.

인삼 사포닌은 2차 대사산물의 중요한 성분이다그리고 그 함량과 조성은 주로 생합성의 주요 효소와 세포에서의 발현 수준에 의해 결정된다.식물 스테롤과 트리테르페노이드의 대사는 여러 가지 요인에 의해 조절되는 매우 복잡하고 역동적인 과정이다.진세노사이드의 대사 경로가 완전히 밝혀지기까지는 아직 답해야 할 문제가 많다.그러나 인삼의 경제적, 약리학적 중요성을 고려할 때, 이것은 여전히 연구할 가치가 있는 중요한 분야이다.

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