Efficient Production of Flavonoid Glucuronides in Escherichia coli Using Flavonoid O-Glucuronosyltransferases Characterized from Marchantia polymorpha

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作者
Ni‐Hong Du,Rui-Lin Xiong,Tingting Zhu,Xinyan Liu,Jiao‐Zhen Zhang,Jie Fu,Hailong Wang,Hong‐Xiang Lou,Ai‐Xia Cheng
出处
期刊:Journal of Natural Products [American Chemical Society]
卷期号:87 (2): 228-237 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.jnatprod.3c00880
摘要

As a model liverwort, Marchantia polymorpha contains various flavone glucuronides with cardiovascular-promoting effects and anti-inflammatory properties. However, the related glucuronosyltransferases have not yet been reported. In this study, two bifunctional UDP-glucuronic acid/UDP-glucose:flavonoid glucuronosyltransferases/glucosyltransferases, MpUGT742A1 and MpUGT736B1, were identified from M. polymorpha. Extensive enzymatic assays found that MpUGT742A1 and MpUGT736B1 exhibited efficient glucuronidation activity for flavones, flavonols, and flavanones and showed promiscuous regioselectivity at positions 3, 6, 7, 3', and 4'. These enzymes catalyzed the production of a variety of flavonoid glucuronides with medicinal value, including apigenin-7-O-glucuronide and scutellarein-7-O-glucuronide. With the use of MpUGT736B1, apigenin-4'-O-glucuronide and apigenin-7,4'-di-O-glucuronide were prepared by scaled-up enzymatic catalysis and structurally identified by NMR spectroscopy. MpUGT742A1 also displayed glucosyltransferase activity on the 7-OH position of the flavanones using UDP-glucose as the sugar donor. Furthermore, we constructed four recombinant strains by combining the pathway for increasing the UDP-glucuronic acid supply with the two novel UGTs MpUGT742A1 and MpUGT736B1. When apigenin was used as a substrate, the extracellular apigenin-4'-O-glucuronide and apigenin-7,4'-di-O-glucuronide production obtained from the Escherichia coli strain BB2 reached 598 and 81 mg/L, respectively. Our study provides new candidate genes and strategies for the biosynthesis of flavonoid glucuronides.
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