Two baicalein derivatives, baicalin and oroxylin A, were synthesized in this study. These derivatives exhibit diverse biological activities, such as anxiolytic and anticancer activities as well as memory enhancement. In order to synthesize baicalin from aglycon baicalein using Escherichia coli, we utilized a glycosyltransferase that regioselectively transfers glucuronic acid from UDP-glucuronic acid to the 7-hydroxy group of baicalein. To increase baicalin productivity, an araA deletion E. coli mutant, which accumulates UDP-glucuronic acid, was used, and ugd, which converts UDP-glucose to UDP-glucuronic acid, was overexpressed. Using these strategies, approximately $720.3{\mu}M$ baicalin was synthesized from $1,000{\mu}M$ baicalein. Oroxylin A was then synthesized from baicalein. Two O-methyltransferases (OMTs), ROMT-15 and POMT-9, were tested to examine the production of oroxylin A from baicalein. E. coli harboring ROMT-15 and E. coli harboring POMT-9 produced reaction products that had different retention times, indicating that they are methylated at different positions; the structure of the reaction product from POMT-9 was consistent with oroxylin A, whereas that from ROMT-15 was 7-O-methyl baicalein. Using E. coli harboring POMT-9, approximately 50.3 mg/l of oroxylin A ($177{\mu}M$) was synthesized from 54 mg/l baicalein ($200{\mu}M$).
The single-vessel multienzyme UDP-${\alpha}$-$\text\tiny{D}$-glucose recycling system was coupled with a forward glucosylation reaction to produce novel glucose moiety-conjugated derivatives of different tetracycline antibiotic analogs. Among five tetracycline analogs used for the reaction, four molecules (chlorotetracycline, doxytetracycline, meclotetracycline, and minotetracycline) were accepted by a glycosyltransferase enzyme, YjiC, from Bacillus licheniformis to produce glucoside derivatives. However, the enzyme was unable to conjugate sugar units to rolitetracycline. All glucosides of tetracycline derivatives were characterized by ultraviolet absorbance maxima, ultra-pressure liquid chromatography coupled with photodiode array, and high-resolution quadruple time-of-flight electrospray mass spectrometry analyses. These synthesized glucosides are novel tetracycline derivatives.
Kim, Hye-Lim;Kim, Ae Hyun;Park, Mi Bi;Lee, Soo-Woong;Park, Young Shik
BMB Reports
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v.46
no.1
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pp.37-40
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2013
CY-007 and CY-049 pteridine glycosyltransferases (PGTs) that differ in sugar donor specificity to catalyze either glucose or xylose transfer to tetrahydrobiopterin were studied here to uncover the structural determinants necessary for the specificity. The importance of the C-terminal domain and its residues 218 and 258 that are different between the two PGTs was assessed via structure-guided domain swapping or single and dual amino acid substitutions. Catalytic activity and selectivity were altered in all the mutants (2 chimeric and 6 substitution) to accept both UDP-glucose and UDP-xylose. In addition, the wild type activities were improved 1.6-4.2 fold in 4 substitution mutants and activity was observed towards another substrate UDP-N-acetylglucosamine in all the substitution mutants from CY-007 PGT. The results strongly support essential role of the C-terminal domain and the two residues for catalysis as well as sugar donor specificity, bringing insight into the structural features of the PGTs.
Simkhada, Dinesh;Kim, EuiMin;Lee, Hei Chan;Sohng, Jae Kyung
Molecules and Cells
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v.28
no.4
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pp.397-401
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2009
Flavonoids are a group of polyphenolic compounds that have been recognized as important due to their physiological and pharmacological roles and their health benefits. Glycosylation of flavonoids has a wide range of effects on flavonoid solubility, stability, and bioavailability. We previously generated the E. coli BL21 (DE3) ${\Delta}pgi$ host by deleting the glucose-phosphate isomerase (Pgi) gene in E. coli BL21 (DE3). This host was further engineered for whole-cell biotransformation by integration of galU from E. coli K12, and expression of calS8 (UDP-glucose dehydrogenase) and calS9 (UDP-glucuronic acid decarboxylase) from Micromonospora echinospora spp. calichensis and arGt-4 (7-O-glycosyltransferase) from Arabidopsis thaliana to form E. coli (US89Gt-4), which is expected to produce glycosylated flavonoids. To test the designed system, the engineered host was fed with naringenin as a substrate, and naringenin 7-O-xyloside, a glycosylated naringenin product, was detected. Product was verified by HPLC-LC/MS and ESI-MS/MS analyses. The reconstructed host can be applied for the production of various classes of glycosylated flavonoids.
A glycosyltransferase, YjiC, from Bacillus licheniformis has been used for the modification of the commercially available isoflavonoids genistein, daidzein, biochanin A and formononetin. The in vitro glycosylation reaction, using UDP-${\alpha}$-D-glucose as a donor for the glucose moiety and aforementioned four acceptor molecules, showed the prominent glycosylation at 4' and 7 hydroxyl groups, but not at the $5^{th}$ hydroxyl group of the A-ring, resulting in the production of genistein 4'-O-${\beta}$-D-glucoside, genistein 7-O-${\beta}$-D-glucoside (genistin), genistein 4',7-O-${\beta}$-D-diglucoside, biochanin A-7-O-${\beta}$-D-glucoside (sissotrin), daidzein 4'-O-${\beta}$-D-glucoside, daidzein 7-O-${\beta}$-D-glucoside (daidzin), daidzein 4', 7-O-${\beta}$-D-diglucoside, and formononetin 7-O-${\beta}$-D-glucoside (ononin). The structures of all the products were elucidated using high performance liquid chromatography-photo diode array and high resolution quadrupole time-of-flight electrospray ionization mass spectrometry (HR QTOF-ESI/MS) analysis, and were compared with commercially available standard compounds. Significantly higher bioconversion rates of all four isoflavonoids was observed in both in vitro as well as in vivo bioconversion reactions. The in vivo fermentation of the isoflavonoids by applying engineered E. coli $BL21(DE3)/{\Delta}pgi{\Delta}zwf{\Delta}ushA$ overexpressing phosphoglucomutase (pgm) and glucose 1-phosphate uridyltransferase (galU), along with YjiC, found more than 60% average conversion of $200{\mu}M$ of supplemented isoflavonoids, without any additional UDP-${\alpha}$-D-glucose added in fermentation medium, which could be very beneficial to large scale industrial production of isoflavonoid glucosides.
Glycosyltransferases are enzymes (EC 2.4) that catalyze the transfer of monosaccharide moieties from activated nucleotide sugar to a glycosyl acceptor molecule which can be a carbohydrate, glycoside, oligosaccharide, or a polysaccharide. In this study, a UDP-glucosyltransferase cDNA was isolated from Brassica rapa using a rapid amplification of cDNA ends (RACE) and subsequently named BrUGT. It has a full-length cDNA of 1,236 bp with 119 bp 5'-untranslated region (UTR), a complete ORF of 834 bp encoding a polypeptide of 277 amino acids (31.19 kDa) and a 3'-UTR of 283 bp. BLASTX analysis hits a catalytic domain of Glycos_transf_1 super family (cl12012) that belongs to the Glycosyltransferases group 1 with tetratricopeptide (TPR) regions located between 165 to 350 bp. Expression analysis showed high mRNA transcripts in pistil, followed by petal, seed and calyx of flower. Moreover, expression analysis of BrUGT in Chinese cabbage seedlings under stresses of cold, salt, PEG, $H_2O_2$, drought and ABA showed elevated mRNA transcript. Furthermore, when BrUGT gene was transformed into rice using pUbi-1 promoter, overexpression was evident among the $T_1$ plants. This study provides insights into the function of BrUGT in plants.
Background: Panax ginseng, as one of the most widely used herbal medicines worldwide, has been studied comprehensively in terms of the chemical components and pharmacology. The proteins from ginseng are also of great importance for both nutrition value and the mechanism of secondary metabolites. However, the proteomic studies are less reported in the absence of the genome information. With the completion of ginseng genome sequencing, the proteome profiling has become available for the functional study of ginseng protein components. Methods: We optimized the protein extraction process systematically by using SDS-PAGE and one-dimensional liquid chromatography mass spectrometry. The extracted proteins were then analyzed by two-dimensional chromatography separation and cutting-edge mass spectrometry technique. Results: A total of 2,732 and 3,608 proteins were identified from ginseng root and cauline leaf, respectively, which was the largest data set reported so far. Only around 50% protein overlapped between the cauline leaf and root tissue parts because of the function assignment for plant growing. Further gene ontology and KEGG pathway revealed the distinguish difference between ginseng root and leaf, which accounts for the photosynthesis and metabolic process. With in-deep analysis of functional proteins related to ginsenoside synthesis, we interestingly found the cytochrome P450 and UDP-glycosyltransferase expression extensively in cauline leaf but not in the root, indicating that the post glucoside synthesis of ginsenosides might be carried out when growing and then transported to the root at withering. Conclusion: The systematically proteome analysis of Panax ginseng will provide us comprehensive understanding of ginsenoside synthesis and guidance for artificial cultivation.
Two new glucosides (1 and 2) of geldanamycin (GA) analogs were obtained from in vitro glycosylation by UDP-glycosyltransferase (YjiC). Based on spectroscopic (HR-ESI-MS, 1D, and 2D-NMR) analyses, the glucosides were elucidated as 4,5-dihydro-7-O-descarbamoyl-7-hydroxyl GA-7-O-β-D-glucoside (1) and ACDL3172-18-O-β-D-glucoside (2). Furthermore, the water solubility of compounds 1 and 2 was about 215.2 and 90.7 times higher respectively, than that of the substrates. Among compounds 1-4, only 3 showed weak antiproliferative activity against four human tumor cell lines: MDA-MB-231, SMMC7721, HepG2, and SW480 (IC50: 13.6, 15.1, 31.8, and 22.7 μM, respectively).
Kim, Young-Mee;Lee, Do-Seung;Jeon, Deok-Hyoen;Song, Yeon-Woo;Lee, Dong-Sun;Ryu, Key-Zung;Cho, Moon-Jae;Lee, Dong-Hoon;KimCho, So-Mi
Food Science and Preservation
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v.18
no.2
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pp.184-190
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2011
Limonoid UDP-glucosyltransferase (LUGT) is an enzyme that converts limonoids into their corresponding glucosides and ultimately ameliorates limonoid bitterness in Citrus species. In this paper, the LUGT gene was cloned via PCR from 10 Jeju Citrus species. All the deduced glucosyltransferase proteins harbored a highly conserved plant secondary product glucosyltransferase (PSPG) motif within the C terminal region. Phylogenetic analysis based on the amino acid sequence comparison of the LUGT proteins from 10 Citrus species generated three distinct types. The expression patterns of LUGT gene in three representative species from each type were quite different with that of C. unshiu Marc. cv. Miyagawawase(Gungcheon), which his without distinctive juice delayed bitterness. Ourresultssho wth at some Citrus speciessuchas Citrusleiocarpa HORT(Bingul), Citruserythrosa HORT (Dongjunggul), and Citrustachibana TANAKA(Honggul) end emicin Jeju maybe susceptible to intense juice delayed bitterness due to delay inexpression of LUGT.
Kim, Na-Young;Kim, Hyung-Gu;Kim, Yang-Hyun;Chung, In-Sik;Yang, Jai-Myung
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.18
no.2
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pp.383-391
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2008
The glycans linked to the insect cell-derived glycoproteins are known to differ from those expressed in mammalian cells, partly because of the low level or lack of glycosyltransferase activities. GnT II, GnT IV, GnT V, and ST3Gal IV, which play important roles in the synthesis of tetraantennarytype complex glycan structures in mammalian cells, were overexpressed in Trichoplusia ni cells by using a baculovirus expression vector. The glycosyltransferases, expressed as a fusion form with the IgG-binding domain, were secreted into the culture media and purified using IgG sepharose resin. The enzyme assay, performed using a pyridylaminated-sugar chain as an acceptor, indicated that the purified glycosyltransferases retained their enzyme activities. Human erythropoietin expressed in T. ni cells (rhEPO) was subjected to in vitro glycosylation by using recombinant glycosyltransferases and was converted into complex-type glycan with terminal sialic acid. The presence of Nacetylglucosamine, galactose, and sialic acid on the rhEPO moiety was detected by a lectin blot analysis, and the addition of galactose and sialic acid to rhEPO was confirmed by autoradiography using $UDP-^{14}C-Gal\;and\;CMP-^{14}C-Sia$ as donors. The in vitro glycosylated rhEPO was injected into mice, and the number of reticulocytes among the ed blood cells was counted using FACS. A significant increase in the number of reticulocytes was not observed in the mice injected with in vitro glycosylated rhEPO as compared with those injected with rhEPO.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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