Enzymatic dehydrogenation and flavin‐mediated photocatalytic skeletal rearrangement of strictosamide, a key intermediate in camptothecin biosynthesis

喜树碱 化学 生物合成 脱氢 吲哚试验 生物化学 基因簇 立体化学 生物碱 基因 吲哚生物碱 代谢途径 代谢中间体 区域选择性
作者
Xinyao Li,Ziang Chen,Wenjie Xu,Longlong Gao,Qian Lou,Shijie Jin,Tianyi Xin,Aijia Ji,Ranran Gao,Jingyuan Song
出处
期刊:Plant Journal [Wiley]
卷期号:126 (1): e70823-e70823
标识
DOI:10.1111/tpj.70823
摘要

Camptothecin is a valuable monoterpene indole alkaloid (MIA) with antitumor activity, and strictosamide represents the first specialized intermediate in camptothecin biosynthesis. The proposed camptothecin biosynthetic pathway involves several oxidation-reduction reactions, while there have been no reports on the involvement of 2-oxoglutarate-dependent dioxygenases (2OGDs) in Ophiorrhiza pumila. In this study, the genome-wide identification of 2OGDs was performed in O. pumila, and a total of 140 2OGD genes were identified. Functional characterization revealed that five Op2OGDs catalyze the dehydrogenation of the C-3 and C-14 positions of strictosamide to produce dehydrostrictosamide. Unexpectedly, strictosamide was found to undergo a rapid flavin-mediated photocatalytic skeletal rearrangement to form pumiloside. According to the chromosomal localization of functional Op2OGD genes and camptothecin biosynthetic genes, we identified an MIA gene cluster on chromosome 5 of O. pumila, including two 2OGDs identified in this study and four previously characterized genes. These findings support that camptothecin biosynthesis in O. pumila proceeds through a biosynthetic network rather than a linear pathway. This study provides important insights into the elucidation of the camptothecin biosynthetic pathway.
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