トリテルペンシクラーゼとのスクアレンエポキシダーゼの共発現は、植物および酵母におけるトリテルペノイドの産生を高めます

トリテルペンシクラーゼは、酸素化されたC30イソプレノイド前駆体からモノからペンタシクリック骨格構造を形成することにより、トリテルペン生合成における最初のコミットされたステップを触媒します。スクアレンエポキシダーゼは、トリテルペン生合成のために酸素化および活性化基質を提供することにより、この環化に先行します。Cucurbita Pepo（CPSES）の3つのスクアレンエポキシダーゼが分離され、nおよびC末端の陽性選択の兆候で浄化選択の下で進化したことが示されました。それらはすべて、小胞体（ER）に局在し、酵母ERG1（Squalene Epoxidase）ERG7（ラノステロールシンターゼ）二重変異体で発現すると、2,3-オキシドスクアレンと2,3：22,23-ジオキシドスクアレンを生成します。Nicotiana Benthamianaで一時的に、または酵母で構成的に、4つの異なるトリテルペンシクラーゼとのCPSESの共発現は、CPSがトリテルペン産生を高めることを示しました。CPSE2は、この点で最高のパフォーマンスであり、基質産生の増加またはトリテルペンシクラーゼへの基質の優れたチャネルのいずれかを反映できます。C. pepo cucurbitadienolシンターゼ（CPCPQ）を使用した蛍光寿命イメージング顕微鏡（FLIM）分析により、CPSE2との特定の相互作用が明らかになりましたが、他のCPSとは相互作用しませんでした。CPSE2がC. pepoの毛状根ラインに変換された場合、空のベクター制御ラインと比較して、ククルビタシンEの産生が2倍増加しました。この研究は、トリテルペン生合成におけるSESの重要性に関する新しい洞察を提供し、基質チャネリングを促進する可能性があることを示唆しており、SE過剰発現が植物および酵母のトリテルペン産生を増加させるための新しいツールであることを示しています。

Triterpene cyclases catalyze the first committed step in triterpene biosynthesis, by forming mono- to pentacyclic backbone structures from oxygenated C30 isoprenoid precursors. Squalene epoxidase precedes this cyclization by providing the oxygenated and activated substrate for triterpene biosynthesis. Three squalene epoxidases from Cucurbita pepo (CpSEs) were isolated and shown to have evolved under purifying selection with signs of sites under positive selection in their N- and C-termini. They all localize to the Endoplasmic Reticulum (ER) and produce 2,3-oxidosqualene and 2,3:22,23-dioxidosqualene when expressed in a yeast erg1 (squalene epoxidase) erg7 (lanosterol synthase) double mutant. Co-expression of the CpSEs with four different triterpene cyclases, either transiently in Nicotiana benthamiana or constitutively in yeast, showed that CpSEs boost triterpene production. CpSE2 was the best performing in this regard, which could reflect either increased substrate production or superior channeling of the substrate to the triterpene cyclases. Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy (FLIM) analysis with C. pepo cucurbitadienol synthase (CpCPQ) revealed a specific interaction with CpSE2 but not with the other CpSEs. When CpSE2 was transformed into C. pepo hairy root lines, cucurbitacin E production was increased two folds compared to empty vector control lines. This study provides new insight into the importance of SEs in triterpene biosynthesis, suggesting that they may facilitate substrate channeling, and demonstrates that SE overexpression is a new tool for increasing triterpene production in plants and yeast.