大腸菌の10-ヒドロキシゲラニオールオキシドレダクターゼとイリドイド合成酵素の特性評価と、NADP-NADPH補因子のリサイクルを特徴とする大腸菌におけるネペラクトールの生物学的調製への応用

Characterization of Camptotheca acuminata 10-Hydroxygeraniol oxidoreductase and iridoid synthase and their application in biological preparation of nepetalactol in Escherichia coli featuring NADP - NADPH cofactors recycling.

• Annoor Awadasseid
• Wei Li
• Zhan Liu
• Chong Qiao
• Jing Pang
• Guolin Zhang
• Yinggang Luo

抄録

ネペタラクトールは炭素数4個の不斉炭素を持つイリドイドであり、アブラムシの性フェロモンの重要な成分であり、昆虫病の防除に大きな成功を収めている。イリドイドは、最終製品として農業利用されているにもかかわらず、カムプトテシン（CAM）やビンカアルカロイドのような薬剤学的に重要なモノテルペノイドのインドールアルカロイドの基本的な生合成中間体である。ここでは、CAM産生植物であるCamptotheca acuminata由来の10-ヒドロキシゲラニオール酸化還元酵素(10HGO)とイリドイド合成酵素(IS)を同定し、ネペラクトールの生物学的調製への応用について報告した。Ca10HGOとCaISは、それぞれC. acuminataからクローニングし、大腸菌で過剰発現させ、均一に精製した。Ca10HGOは10-ヒドロキシゲラニオールの10-オキソゲラニオールへの酸化を触媒し、NADPはNADPHに還元された。CaISは、NADPH補因子を用いて10-オキソゲラニアルからネペラクトールの形成を触媒します。この2つの反応の純結果は、10-ヒドロキシゲラニアルから効率的にネペラクトールを生成することを示しており、NADP-NADPHのリサイクルを示唆している。また、Ca10HGOとCaISを大腸菌で共発現させ、最適化された発酵条件下で10-ヒドロキシジェラニオールからネペラクトールへの変換を触媒する細胞ベースの触媒を調製した。本研究では、CAM生合成に関与する10-ヒドロキシゲラニオールのネペラクトールへの酵素変換を明らかにした。大腸菌におけるCa10HGOとCaISの共発現は、ネペラクトール調製のためのNADP-NADPH補因子の再生リサイクルを伴う代替的な有用な細胞ベースのバイオトランスフォーメーションプロセスである。

Nepetalactol, an iridoid with four chiral carbons, is a crucial component of aphid sex pheromones that have been employed with great success to control the insect-related diseases. Despite of agricultural usage as end products, iridoids are fundamental biosynthetic intermediates for pharmaceutically important monoterpenoid indole alkaloids such as camptothecin (CAM) and vinca alkaloids. Herein we characterized 10-hydroxygeraniol oxidoreductase (10HGO) and iridoid synthase (IS) from Camptotheca acuminata, a CAM-producing plant, and reported their application in biological preparation of nepetalactol. Ca10HGO and CaIS were respectively cloned from C. acuminata, overexpressed in Escherichia coli, and purified to homogeneity. Ca10HGO catalyzes the oxidation of 10-hydroxygeraniol into 10-oxogeranial, in which NADP was reduced to NADPH. CaIS catalyzes nepetalactol formation from 10-oxogeranial using NADPH cofactor. The net outcome of the two reactions generate nepetalactol from 10-hydroxygeraniol efficiently, indicating NADP - NADPH recycling. Ca10HGO and CaIS were co-overexpressed in E. coli under optimized fermentation conditions to prepare cell-based catalysts that catalyze the conversion of 10-hydroxygeraniol into nepetalactol. The present work shows the enzymatic conversion of 10-hydroxygeraniol into nepetalactol involved in CAM biosynthesis. Co-overexpression of Ca10HGO and CaIS in E. coli is an alternative valuable cell-based biotransformation process with regenerating recycling of NADP - NADPH cofactors for nepetalactol preparation.

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