Biochemical and Metabolic Insights into Hyoscyamine Dehydrogenase

莨菪碱 托烷 颠茄 醛脱氢酶 山莨菪碱 生物化学 化学 生物 药理学 茄科 立体化学 植物 基因
作者
Fei Qiu,Yijun Yan,Junlan Zeng,Jianping Huang,Lingjiang Zeng,Wei Zhong,Xiaozhong Lan,Min Chen,Sheng‐Xiong Huang,Zhihua Liao
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:11 (5): 2912-2924 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acscatal.0c04667
摘要

Hyoscyamine, a member of the class of compounds known as tropane alkaloids (TAs), is clinically used as an anticholinergic drug. Previous research has predicted that hyoscyamine is produced via the reduction of hyoscyamine aldehyde. In this study, we identified a root-expressed gene from Atropa belladonna, named AbHDH, which encodes a hyoscyamine dehydrogenase involved in the formation of hyoscyamine. Enzymatic assays indicated that AbHDH was able to not only reduce hyoscyamine aldehyde to produce hyoscyamine but also oxidize hyoscyamine to form hyoscyamine aldehyde under different conditions. To elucidate its catalytic mechanism, the crystal structure of AbHDH at a 2.4-Å resolution was also determined. Overexpression of AbHDH significantly enhanced the biosynthesis of hyoscyamine and the production of anisodamine and scopolamine in root cultures of A. belladonna. However, suppression of AbHDH using RNAi technology did not reduce the production of hyoscyamine, anisodamine, or scopolamine, though it did increase the accumulation of hyoscyamine aldehyde. In summary, this study provided timely biochemical and metabolic insights into hyoscyamine dehydrogenase, pointing to an alternative, promising way to produce pharmaceutical TAs via metabolic engineering in planta.
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