Pathway elucidation of pharmaceutical cucurbitacin IIa in Hemsleya chinensis and high-level production of precursor cucurbitadienol in engineered Saccharomyces cerevisiae and Nicotiana benthamiana

烟草 三萜 角鲨烯 生物化学 生物合成 环蒿醇 酰基转移酶 酵母 羊毛甾醇 萜烯 代谢工程 角鲨烯单加氧酶 聚酮 化学 法尼基二磷酸合酶 聚酮合酶 生物 甾醇 基因 胆固醇 医学 替代医学 病理
作者
Geng Chen,Zhaokuan Guo,Yan Zhao,Yan-yu Shu,Lei Qiu,Shaofeng Duan,Yuan Lin,Simei He,Xiaobo Li,Xiao‐Lin Feng,Guisheng Xiang,Yang Shi,Shengchao Yang,Guanghui Zhang,Bing Hao
标识
DOI:10.1101/2022.09.28.509966
摘要

Abstract Cucurbitacin IIa is a triterpene isolated exclusively from Hemsleya plants, which is non-steroidal anti-inflammatory drug that function as the main ingredient of Hemslecin capsules and Supplemental Tablets in China. In this study, the biosynthetic pathway of cucurbitacin IIa was elucidated by characterization of squalene epoxidases (HcSE1, HcSE2), cucurbitenol synthases (HcOSC6) and acyltransferases (HcAT1) in Hemsleya chinensis . Meanwhile, cycloartenol synthases (HcOSC1), isomultiflorenol synthases (HcOSC5) and β-amyrin synthase (HcOSC2-4) involved in sterol and triterpenes biosynthesis were functionally illustrated. The high-level production of yeast the key cucurbitacin precursor, cucurbitadienol, was constructed to produce 296.37 mg/L cucurbitadienol and 722.99 mg/L total triterpenoid which is the highest yield cucurbitadienol from known engineered microbes. Moreover, production of cucurbitenol in transient expression of tobacco was employed to achieve 94.8 mg/g dry weight (dw) cucurbitenol from leaves. In this study, the key genes involved in cucurbitacin IIa biosynthesis were identified to facilitate its medical applications via biosynthetic strategy. Meanwhile, the high-level production of cucurbitadienol chassis yeast and tobacco transient expression offered a robust and sSupplemental Table substrate for pharmaceutical cucurbitacin production and screening platform for candidate genes involved in cucurbitacin biosynthesis.

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