Hyperforin-Biosynthese : Molekulare Analyse von Polyketid-Synthasen aus Hypericum perforatum und Hypericum calycinum

Klingauf, Petra

Zubereitungen aus dem Johanniskraut (Hypericum perforatum L.) werden zur Behandlung leichter bis mittelschwerer Depressionen eingesetzt. An ihrer Wirkung ist maßgeblich das Phloroglucin-Derivat Hyperforin beteiligt. Hyperforin und vorwiegend Adhyperforin wurden in H. calycinum-Zellkulturen nachgewiesen. Ferner wurden drei Polyketid-Synthase (PKS)-Aktivitäten detektiert. Die Inkubation von zellfreien Extrakten mit den Starter-Substraten Isobutyryl-CoA, Benzoyl-CoA und p-Cumaroyl-CoA in Gegenwart des Kettenverlängerers Malonyl-CoA führte zur Bildung von Phlorisobutyrophenon, Phlorbenzophenon bzw. Naringenin. Mittels Anionenaustausch-Chromatographie wurden die drei PKS-Aktivitäten getrennt. Die Chalkon-Synthase (CHS) bildet das Grundgerüst der Flavonoide, die Benzophenon-Synthase (BPS) das der Benzophenone/Xanthone und die Isobutyrophenon-Synthase (BUS) das der Hyperforine. Aus Zellkulturen von H. calycinum sowie aus jungen Knospen und Früchten von H. perforatum wurde poly(A+)-RNA isoliert und cDNA synthetisiert. Die für CHS aus H. perforatum und H. calycinum kodierenden cDNAs wurden isoliert. Die Enzyme wurden in E. coli überexprimiert und charakterisiert. Ferner wurde aus beiden Hypericum-Spezies BPS kloniert und in E. coli überexprimiert. Leider war die H. perforatum-BPS inaktiv. Hingegen war die rekombinante H. calycinum-BPS aktiv und wurde charakterisiert. Schließlich wurden für H. perforatum ein cDNA-Fragment und für H. calycinum zwei cDNA-Fragmente gewonnen, die 48-80 % Identität mit Typ III-PKS in der Datenbank aufweisen und möglicherweise für BUS kodieren.

Saint Johns wort (Hypericum perforatum L.) is an efficient herbal remedy for the treatment of mild to moderate depression. Hyperforin, a phloroglucinol derivative, appreciably contributes to the antidepressant activity. Hyperforin and mainly adhyperforin were detected in cell cultures of H. calycinum. In addition, three polyketide synthase (PKS) activities were found. Incubation of isobutyryl-CoA, benzoyl-CoA and p-coumaroyl-CoA with cell-free extracts from H. calycinum cell cultures in the presence of the extender molecule malonyl-CoA led to the formation of phlorisobutyrophenone, phlorbenzophenone and naringenin, respectively. The three enzyme activities were separated by anion exchange chromatography. Chalcone synthase (CHS) forms the skeleton of flavonoids, benzophenone synthase (BPS) that of benzophenones/xanthones and isobutyrophenone synthase (BUS) that of hyperforins. Poly(A+)-RNA was isolated from cell cultures of H. calycinum and cDNA was synthetized. The cDNAs encoding CHS from H. perforatum and H. calycinum were isolated. The enzymes were overexpressed in E. coli and characterized. In addition, BPS was cloned from both Hypericum species and overexpressed in E. coli. Unfortunately, BPS from H. perforatum was inactive but the recombinant BPS from H. calycinum was active and characterized. Finally, one cDNA fragment for H. perforatum and two cDNA fragments for H. calycinum were isolated. They shared 48-80 % amino acid sequence identity with other type III PKS from the database and possibly code for BUS.

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Klingauf, Petra: Hyperforin-Biosynthese : Molekulare Analyse von Polyketid-Synthasen aus Hypericum perforatum und Hypericum calycinum. 2004.

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