Prvé genomické dáta Hypericum perforatum a funkčná validácia génu biosyntetickej dráhy fytomelatonínu
Jedným z prírodných zdrojov farmakodynamicky účinných látok, ktoré patria dlhodobo k najžiadanejším na svetovom trhu, je jedna z najdlhšie používaných liečivých rastlín ľubovník bodkovaný – Hypericum perforatum. Napriek vysokému komerčnému záujmu a evidentným bioaktívnym účinkom molekulové základy biosyntézy profilujúcich sekundárnych metabolitov nie sú dostatočne objasnené. Detailnému štúdiu bránila aj absencia genomických dát a aplikácia prístupov syntetickej biológie.
Kolektív prof. RNDr. Evy Čellárovej, DrSc. z Katedry genetiky Ústavu biologických a ekologických vied Prírodovedeckej fakulty Univerzity P. J. Šafárika v Košiciach spolu s tímom prof. Wanga z Univerzity v meste Xi´an v Číne a v spolupráci s Univerzitou v Ottawe publikovali prvýkrát genomické dáta tohto významného producenta farmakodynamicky účinných látok. Spomedzi 40 kandidátnych génov biosyntézy profilujúcich sekundárnych metabolitov hypericínu, hyperforínu a melatonínu prináša práca výsledky experimentálnej funkčnej validácie génu kódujúceho enzým N-acetylserotonín-O-metyltransferáza (ASMT), ktorý je posledným enzýmom v biosyntéze melatonínu, a jeho subcelulárnu lokalizáciu.
Z uvedeného dôvodu bola táto práca publikovaná v renomovanom endokrinologickom časopise Journal of Pineal Research (https://doi.org/10.1111/jpi.12709, IF>15). Tento hormón, ktorý bol pôvodne identifikovaný v živočíchoch a v ľudskom organizme a neskôr aj v niektorých rastlinách, je príkladom ortológneho charakteru biosyntetických génov a evolučnej konzervatívnosti. Jeho funkcia v rastlinách je predovšetkým v odpovedi na stresové podmienky, čo potvrdili aj výsledky tejto práce.
Genóm H. perforatum má veľkosť takmer 400 Mb s približne 50% zastúpením repetitívnych sekvencií, z ktorých takmer polovicu tvoria transpozóny. Je zaujímavé, že v genóme H. perforatum sú prítomné všetky kategórie transpozónov, ktoré poznáme aj z ľudského genómu – DNA transpozóny, LINE, SINE (long/short interspersed nuclear elements), LTR (long terminal repeats) s prevládajúcim zastúpením LTR. Na základe predikcií obsahuje genóm H. perforatum asi 29 000 génov, z nich asi 20 000 je v súlade s našimi predchádzajúcimi predikciami z transkriptomických štúdií. Komparatívne štúdium s genomickými dátami modelových rastlín odhalilo prítomnosť asi 1000 génových rodín špecifických pre H. perforatum, ktoré pravdepodobne obsahujú aj množinu génov, v ktorých sa nachádzajú biosyntetické gény hypericínu, keďže tento bioaktívny metabolit je v rastlinnej ríši prítomný len v niektorých zástupcoch rodu Hypericum.
Po predchádzajúcich transkriptomických prácach kolektívu a pilotnej skríningovej štúdii in silico o miRNAs a ich cieľových sekvenciách v rode Hypericum predstavujú genomické dáta nový zdroj pre štúdium biosyntetických génov významných sekundárnych metabolitov a ich genetickej a epigenetickej regulácie s perspektívou biotechnologickej produkcie v homológnych alebo heterológnych systémoch.
Obr. 1 Schéma biosyntézy melatonínu
Obr. 2 Subcelulárna lokalizácia enzýmu ASMT
Wen Zhou, Ying Wang, Bin Li, Linda Petijová, Suying Hu, Qian Zhang, Junfeng NiuDonghao Wang, Shiqiang Wang, Yang Dong, Eva Čellárová, Zhezhi Wang (2020):
Whole‐genome sequence data of Hypericum perforatum and functional characterization of melatonin biosynthesis by N‐acetylserotonin O‐methyltransferase.
Journal of Pineal Research, 00:e1270
https://doi.org/10.1111/jpi.12709
