소식

Mar 25, 2023

단일 식물 세포 분석은 천연물 생합성에 대한 통찰력을 제공합니다.

도그베인과에 속하는 마다가스카르 대수리(Catharanthus roseus)는

도그베인과에 속하는 마다가스카르 대수리(Catharanthus roseus)는 의학적 관심을 끄는 다수의 알칼로이드를 생산합니다. 세포 수준에서의 분석을 통해 암 치료에 사용되는 식물의 가장 중요한 두 가지 천연 산물인 빈크리스틴과 빈블라스틴의 생합성을 위한 유전자를 발견할 수 있었습니다.

아테네 — 조지아 대학교와 독일 막스 플랑크 화학 생태학 연구소의 국제 연구팀이 의학적 치료에 중요한 식물 화합물의 대사 경로를 해독하는 유망한 전략을 발견했다고 Nature Chemical Biology에 발표된 새로운 연구에 따르면 .

UGA 농업 및 환경 과학 대학 응용 유전 기술 센터의 Chenxin Li가 이끄는 연구팀은 인간 의학에서 항암제로 사용되는 마다가스카르 대수리(Catharanthus roseus)에서 추출한 두 가지 알칼로이드의 생합성을 연구했습니다. 이러한 활성 물질을 형성하는 유전자는 다양한 세포 유형에서 발현됩니다.

단일 세포 분석을 사용하여 과학자들은 생합성에 중요한 새로운 유전자를 발견하고 대사 경로의 중간체가 특정 세포 유형에 축적된다는 것을 보여줄 수 있었습니다. 중간체는 생물학적으로 중요한 분자의 전구체 또는 대사산물인 분자입니다.

연구자들은 이러한 방법론적 접근 방식이 식물계의 다른 많은 천연산물의 생합성에 대한 중요하고 새로운 통찰력을 제공할 것이라고 예측합니다.

식물은 그 다양성, 특히 그들이 생산하는 대사산물의 다양성이 인상적입니다. 많은 천연 식물 제품은 마다가스카르 대수리에서 생산되는 알칼로이드 빈크리스틴 및 빈블라스틴과 같은 매우 복잡한 분자로 구성됩니다. 이 두 물질은 이미 암 치료에 없어서는 안 될 물질이며, 연구자들은 복잡한 분자를 형성하는 데 어떤 개별 생합성 단계가 필요한지 알아내는 데 관심이 있습니다.

"현재 이러한 화합물은 여전히 ​​식물의 잎 추출물에서 매우 적은 양으로 얻어집니다. 우리는 이 화합물이 어떻게 생산되는지 식물에서 배울 수 있으며 이 지식을 사용하여 보다 비용 효율적이고 확장 가능하며 지속 가능한 생산 시스템을 개발할 수 있습니다."라고 말했습니다. 연구의 첫 번째 저자인 Li는 연구 목표를 설명합니다.

과학자들은 유전자 활동이 식물의 세포마다 다르며, 화학적 성질도 세포마다 크게 다를 수 있다는 것을 알고 있습니다. 최근 연구의 목표는 식물 천연물의 생합성에서 중심 역할을 하고 더 풍부한 세포에 의해 신호가 종종 모호해지는 특수하고 희귀한 세포 유형을 조사하기 위해 단일 세포 오믹스(single-cell omics)라고 통칭되는 새로운 방법 세트를 사용하는 것이었습니다. 식물 기관의 유형.

MPI의 천연물 생합성학과 알칼로이드 생합성 프로젝트 그룹 책임자이자 주요 저자 중 한 명인 Lorenzo Caputi는 "단일 세포 오믹스를 사용하면 연구자들이 개별 세포에 유전 및 대사 정보를 할당할 수 있는 방법을 갖게 되었습니다."라고 말했습니다. , 말했다. "'오믹스'라는 용어는 유전자 또는 대사산물의 전체 집합을 정량화하고 분석한다는 사실을 의미합니다."

분석에서 알 수 있듯이, 알칼로이드 빈블라스틴의 전체 생합성 경로는 3단계와 3가지 개별 세포 유형으로 구성됩니다.

"첫 번째 단계는 IPAP라고 불리는 잎의 관 다발과 관련된 특수 세포에서만 독점적으로 발현됩니다"라고 Li는 말했습니다. "생합성 경로의 두 번째 단계는 잎을 덮고 있는 세포층인 표피 세포에서만 발현되며, 생합성 경로의 마지막 알려진 단계는 잎의 희귀 세포 유형인 idioblasts에서만 발현됩니다."

연구자들은 단일 세포에서 빈블라스틴의 대사 경로에서 여러 중간체의 농도를 측정했고 그 결과에 놀랐습니다.

MPI의 천연물 생합성 부서 책임자인 Sarah O'Connor는 "빈블라스틴의 두 가지 중요한 전구체인 카타란틴과 빈돌린은 밀리몰 농도로 특모세포에서 발생하는데, 이는 빈블라스틴 자체보다 약 3배 더 높은 농도입니다."라고 말했습니다. "이들 세포에 있는 두 전구체의 농도는 우리가 예상했던 것보다 훨씬 높았으며 심지어 전체 장기 추출물의 농도를 초과했습니다.