A livello cromosomico Il genoma di Mitragyna parvifolia svela la diversificazione degli alcaloidi spiroossindolici e la biosintesi della mitrafillina.
I ricercatori dell’UBC Okanagan hanno scoperto il processo che le piante utilizzano per creare la mitrafillina, un raro composto naturale che ha attirato l’attenzione per le sue possibili proprietà antitumorali.
La mitrafillina appartiene a una classe unica di sostanze chimiche vegetali note come alcaloidi spiroossindolici. Queste molecole sono riconosciute per la loro insolita struttura ad anello ritorto e per i loro potenti effetti biologici, tra cui attività antinfiammatoria e antitumorale.
Nonostante gli scienziati studino questi composti da anni, le precise fasi molecolari che le piante utilizzano per produrli erano rimaste sconosciute.
Scoperta rivoluzionaria nella chimica vegetale
Quel mistero ha cominciato a svelarsi nel 2023, quando il team della dottoressa Thu-Thuy Dang presso la Facoltà di Scienze Irving K. Barber dell’UBC Okanagan ha identificato il primo enzima vegetale conosciuto in grado di torcere una molecola nella caratteristica forma spiro.
Partendo da questa precedente scoperta, il dottorando Tuan-Anh Nguyen ha condotto una nuova ricerca che ha individuato due enzimi cruciali coinvolti nella produzione di mitrafillina. Un enzima organizza la molecola nella corretta struttura tridimensionale, mentre il secondo la trasforma nella mitrafillina stessa.
“È come trovare gli anelli mancanti in una catena di montaggio”, afferma il dottor Dang, titolare della cattedra di ricerca principale in biotecnologie dei prodotti naturali presso l’UBC Okanagan. “Risponde a un quesito di lunga data su come la natura costruisce queste molecole complesse e ci offre un nuovo modo per replicare tale processo.”
Perché la mitrafillina è così preziosa
Molti promettenti composti naturali si trovano nelle piante solo in quantità minime, il che rende difficile e costoso riprodurli in laboratorio. La mitrafillina è una di queste rare sostanze. È presente solo in tracce in alberi tropicali come la Mitragyna (kratom) e l’Uncaria (unghia di gatto), entrambe appartenenti alla famiglia del caffè.
Ora che i ricercatori hanno identificato gli enzimi responsabili della formazione e dell’assemblaggio della mitrafillina, hanno una strada più chiara per produrre il composto e le molecole correlate in modi più sostenibili.
“Con questa scoperta, disponiamo di un approccio di chimica verde per accedere a composti di enorme valore farmaceutico”, afferma Nguyen. “Questo è il risultato dell’ambiente di ricerca dell’UBC Okanagan, dove studenti e docenti lavorano a stretto contatto per risolvere problemi di portata globale.”
Nguyen ha inoltre riflettuto sull’esperienza di aver contribuito a questa svolta.
“Far parte del team che ha scoperto gli enzimi responsabili dei composti spiroossindolici è stata un’esperienza straordinaria”, aggiunge Nguyen. “Il tutoraggio e il supporto dell’UBC Okanagan hanno reso tutto questo possibile e sono entusiasta di continuare a crescere come ricercatore qui in Canada.”
La collaborazione internazionale alimenta la ricerca
Il progetto è stato portato avanti dal Dott. Il laboratorio di Dang all’UBC Okanagan e il laboratorio del Dr. Dang all’UBC Okanagan. Gruppo di ricerca di Satya Nadakuduti presso l’Università della Florida.
Il finanziamento per questo lavoro è stato fornito dal programma Alliance International Collaboration del Natural Sciences and Engineering Research Council del Canada, dalla Canada Foundation for Innovation e dal Michael Smith Health Research BC Scholar Program. Ulteriore supporto è stato fornito dal National Institute of Food and Agriculture del Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti.
“Siamo orgogliosi di questa scoperta, frutto del lavoro dell’UBC Okanagan. Le piante sono fantastiche chimiche naturali”, afferma il dottor Dang. “I nostri prossimi passi si concentreranno sull’adattamento dei loro strumenti molecolari per creare una gamma più ampia di composti terapeutici.”
Astratto
Gli alcaloidi indolici monoterpenici (MIA) presenti nelle Rubiaceae hanno svariati usi farmaceutici. Gli alcaloidi spiroossindolici sono un sottotipo strutturale di MIA con un sistema ad anello spiro[pirrolidina-3,3′-ossindolo] unico. Nonostante le loro strutture intriganti e le potenti bioattività, l’evoluzione e la diversificazione degli alcaloidi spiroossindolici rimangono poco comprese. Presentiamo un assemblaggio del genoma su scala cromosomica di alta qualità di Mitragyna parvifolia, una specie arborea della famiglia delle Rubiaceae che produce prevalentemente l’alcaloide spiroossindolico mitrafillina. La genomica comparativa, comprese analisi complete di sintenia e filogenesi nell’ordine Gentianales, produttore di MIA, ha rivelato un evento di duplicazione dell’intero genoma alla base della divergenza dell’alleanza Cinchonoideae dall’alleanza Coffeeae, che ha portato alla diversificazione della biosintesi dei MIA. Analisi del trascrittoma di foglie, steli, stipole e radici giovani e mature integrate con profilazione MIA e analisi del genoma hanno rivelato diversi candidati nel percorso biosintetico MIA. La caratterizzazione funzionale di candidati selezionati ha portato all’elucidazione della biosintesi della spiroossindolo mitrafillina antiproliferativa in M. parvifolia . Queste risorse genomiche e trascrittomiche sono preziose per identificare le origini evolutive e la diversificazione dei MIA e degli alcaloidi spiroossindolici.
Materials provided by University of British Columbia Okanagan. Note: Content may be edited for style and length.Journal Reference:
Larissa C Laforest, Tuan-Anh M Nguyen, Gabriel Oliveira Matsumoto, Pavithra Ramachandria, Andre Chanderbali, Siva Rama Raju Kanumuri, Abhisheak Sharma, Christopher R McCurdy, Thu-Thuy T Dang, Satya Swathi Nadakuduti. A chromosome-level Mitragyna parvifolia genome unveils spirooxindole alkaloid diversification and mitraphylline biosynthesis. The Plant Cell, 2025; 37 (9) DOI: 10.1093/plcell/koaf207
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