Fungal biotransformation of novel 20(27)- octanor cycloastragenol and biological activities of the purified metabolites

Abstract

Biotransformation is the chemical modifications performed by enzymes or living organisms. The difficulty and high cost of enzyme isolation and purification makes it more advantageous to use whole cell systems as biocatalysts. Microbial biocatalysts are particularly interesting in the modification of complex molecules such as steroids and triterpenoids, which can catalyze stereo- and regio- selective reactions that are difficult or impossible to perform with chemical reactions. Specially, ability of endophytic microorganisms to produce specific enzymes for adaptation to their environment by tolerating toxic defense metabolites, makes them interesting for biotransformation studies. Telomeres are nucleotide structures located at the end of chromatids shortening with each cell division. Telomerase is a reverse transcriptase enzyme, and it helps to replenish telomere ends that are truncated by aging and stress factors. The telomerase activators (TA) with their potentials are suggested encouraging agents for healthy aging, and they are projected to generate a huge market in the future. Cycloastragenol is the only natural product in the sector marketed as a potent telomerase activator. In this study, by using endophytic fungi, the biotransformation studies were performed on 20(27)-octanor cycloastragenol. As a result, 14 biotransformation products, were isolated by chromatographic studies, and the structures of the metabolites were established by spectral methods. Based on the literature survey, 13 compounds turned out to be new for nature. Seven metabolites were screened for telomerase activation. In these screenings, metabolites showed telomerase activation ranging from 5.43 to 12.36 fold at doses ranging from 0.1 to 30 nM compared to the control cells treated with DMSO.

Biyotransformasyon, enzimler ya da canlı organizmalar kullanılarak meydana getirilen kimyasal modifikasyonlardır. Enzimlerin izolasyonu ve saflaştırılmasının zor ve yüksek maliyetli olması, bütün hücre sistemlerinin biyokatalizör olarak kullanımını daha avantajlı kılmaktadır. Mikrobiyal biyokatalistler; steroitler ve triterpenoitler gibi kompleks moleküllerin modifikasyonunda, kimyasal reaksiyonlarla gerçekleştirilmesi zor ya da mümkün olmayan stereoselektif ve regioselektif reaksiyonlar katalizleyebilmeleriyle oldukça ilgi çekicidirler. Özellikle bitkinin toksik savunma metabolitlerini tolere ederek, yaşadıkları çevreye adaptasyon için spesifik enzimler üretebilme yetenekleri endofitik mikroorganizmaları biyotransformasyon çalışmaları için ilgi çekici kılmaktadır. Telomerler, kromozomlarımızın sonunda bulunan ve hücre bölünmesiyle kısalan nükleotit yapılarıdır. Telomeraz ise, yaşa ve strese bağlı olarak kısalan telomer uçlarını onarmaya yardım eden rivers transkriptaz bir enzimdir. Telomeraz enzimi aktivatörleri (TA) barındırdıkları potansiyel ile sağlıklı yaşlanma için ümit verici ajanlar olarak gösterilmektedir ve ileride büyük bir pazar oluşturacağı öngörülmektedir. Bu çalışmada anti-aging etkilerinden dolayı son dönemde önemli hale gelmiş ve sadece Astragalus türlerinde bulunan sikloastragenol (CA) molekülünün türevlerinden biri olan 20(27)-oktanor sikloastragenol (SCG) üzerinde, Astragalus bitkisinden izole edilen endofitik funguslar kullanılarak biyotransformasyon calışmaları gerçekleştirilmiş ve elde edilen yeni metabolitlerin biyolojik aktiviteleri taranmıştır. Sonuç olarak, kromatografik çalışmalar ile 14 biyotransformasyon ürünü izole edilmiş ve metabolitlerin yapıları spektral yöntemler kullanılarak belirlenmiştir. Literatür araştırması sonucunda, 13 bileşiğin doğa için yeni olduğu anlaşılmıştır. Endofitlerin enzim sistemleri; oksidasyon (çoğunlukla hidroksilasyon), halka açılması (metil göçü ve halka genişlemesi veren) ve dehidrojenasyon reaksiyonlarını katalizlemiştir. Biyotransformasyon ürünlerinin 7’si telomeraz enziminin aktivasyonuna yönelik taranmıştır. Bu taramalarda DMSO ile muamele edilen kontrol hücrelerine kıyasla metabolitler 0.1-30 nM doz aralığında 5.43 ile 12.36 kat arasında değişen telomeraz aktivasyonu göstermişlerdir.