Name: enzymatic synthesis of epoxidized metabolites of docosahexaenoic, eicosapentaenoic, and arachidonic acids
Uploaded: 2019-06-28T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Enzymatic Synthesis of Epoxidized Metabolites of Docosahexaenoic, Eicosapentaenoic, and Arachidonic Acids at JoVE.com

Dit werk wordt gefinancierd door R00 ES024806 (nationale instituten van gezondheid), DMS-1761320 (de nationale stichting van de wetenschap) en de fondsen van het opstarten van de Universiteit van de staat van Michigan. De auteurs willen Dr. jun Yang (Universiteit van Californië bij Davis) en Leonora Karchalla (de Universiteit van de staat van Michigan) voor hulp met optimalisering van de enzymatische reactie, en Dr. Tony Schilmiller (MSU massaspectrometrie en metabolomics faciliteit) bedanken voor hulp bij HRMS data acquisitie.

Let op: Raadpleeg alle relevante veiligheidsinformatiebladen (MSDS) voordat u de vermelde chemicaliën gebruikt.
1. expressie van wild-type BM3
<ol><li>Inoculeren pBS-BM3 transfected DH5α E. coli (een gulle donatie van Dr. F. Ann Walker) in 5 ml steriele lb bouillon met 0,5 mg AMPICILLIN toegevoegd in een 20 ml cultuur buis.</li>
	<li>Incubeer de cel cultuur in een shaker op 37 ˚ C voor 24 uur bij 200 rpm. Voeg de nachtelijke starter cultuur (5 mL) en 100 mg AMPICILLIN toe aan 1 L...

<ol>
	<li>Campbell, W. B., Gebremedhin, D., Pratt, P. F., Harder, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+epoxyeicosatrienoic+acids+as+endothelium-derived+hyperpolarizing+factors.">Identification of epoxyeicosatrienoic acids as endothelium-derived hyperpolarizing factors.</a> Circulation Research. 78, 415-423 (1996).</li><li>Ulu, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+omega-3+epoxide+of+docosahexaenoic+acid+lowers+blood+pressure+in+angiotensin-II-dependent+hypertension.">An omega-3 epoxide of docosahexaenoic acid lowers blood pressure in angiotensin-II-dependent hypertension.</a> Journal of Cardiovascular Pharmacology. 64, 87-99 (2014).</li><li>Ye, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cytochrome+p-450+epoxygenase+metabolites+of+docosahexaenoate+potently+dilate+coronary+arterioles+by+activating+large-conductance+calcium-activated+potassium+channels.">Cytochrome p-450 epoxygenase metabolites of docosahexaenoate potently dilate coronary arterioles by activating large-conductance calcium-activated potassium channels.</a> Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 303, 768-776 (2002).</li><li>Imig, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epoxyeicosatrienoic+acids,+hypertension,+and+kidney+injury.">Epoxyeicosatrienoic acids, hypertension, and kidney injury.</a> Hypertension. 65, 476-682 (2015).</li><li>Capozzi, M. E., Hammer, S. S., McCollum, G. W., Penn, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epoxygenated+fatty+acids+inhibit+retinal+vascular+inflammation.">Epoxygenated fatty acids inhibit retinal vascular inflammation.</a> Scientific Reports. 6, 39211 (2016).</li><li>Zou, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stereospecific+effects+of+epoxyeicosatrienoic+acids+on+renal+vascular+tone+and+K(+)-channel+activity.">Stereospecific effects of epoxyeicosatrienoic acids on renal vascular tone and K(+)-channel activity.</a> American Journal of Physiology. 270, F822-F832 (1996).</li><li>Lauterbach, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cytochrome+P450-dependent+eicosapentaenoic+acid+metabolites+are+novel+BK+channel+activators.">Cytochrome P450-dependent eicosapentaenoic acid metabolites are novel BK channel activators.</a> Hypertension. 39, 609-613 (2002).</li><li>Clarke, T. C., Black, T. I., Stussman, B. J., Barnes, P. M., Nahin, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Trends in the use of complementary health approaches among adults: United States, 2002–2012. , (2015).</li><li>Mozaffarian, D., Wu, J. H. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Omega-3+fatty+acids+and+cardiovascular+disease.">Omega-3 fatty acids and cardiovascular disease.</a> Journal of the American College of Cardiology. 58, 2047-2067 (2011).</li><li>Shearer, G., Harris, W., Pederson, T., Newman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+omega-3+oxylipins+in+human+plasma+in+response+to+treatment+with+omega-3+acid+ethyl+esters.">Detection of omega-3 oxylipins in human plasma in response to treatment with omega-3 acid ethyl esters.</a> Journal of Lipid Research. 51, 2074-2081 (2010).</li><li>Ostermann, A. I., Schebb, N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+omega-3+fatty+acid+supplementation+on+the+pattern+of+oxylipins:+a+short+review+about+the+modulation+of+hydroxy-,+dihydroxy-,+and+epoxy-fatty+acids.">Effects of omega-3 fatty acid supplementation on the pattern of oxylipins: a short review about the modulation of hydroxy-, dihydroxy-, and epoxy-fatty acids.</a> Food &amp; Function. 8, 2355-2367 (2017).</li><li>Khan, M. A., Wood, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Method for the synthesis of DHA. , (2012).</li><li>Nanba, Y., Shinohara, R., Morita, M., Kobayashi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stereoselective+synthesis+of+17,18-epoxy+derivative+of+EPA+and+stereoisomers+of+isoleukotoxin+diol+by+ring-opening+of+TMS-substituted+epoxide+with+dimsyl+sodium.">Stereoselective synthesis of 17,18-epoxy derivative of EPA and stereoisomers of isoleukotoxin diol by ring-opening of TMS-substituted epoxide with dimsyl sodium.</a> Organic and Biomolecular Chemistry. 15, 8614-8626 (2017).</li><li>Cinelli, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enzymatic+synthesis+and+chemical+inversion+provide+both+enantiomers+of+bioactive+epoxydocosapentaenoic+acids.">Enzymatic synthesis and chemical inversion provide both enantiomers of bioactive epoxydocosapentaenoic acids.</a> Journal of Lipid Research. 59, 2237-2252 (2018).</li><li>Falck, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Practical,+enantiospecific+syntheses+of+14,15-EET+and+leukotoxin+B+(vernolic+acid).">Practical, enantiospecific syntheses of 14,15-EET and leukotoxin B (vernolic acid).</a> Tetrahedron Letters. 41, 4131-4133 (2001).</li><li>Celik, A., Sperandio, D., Speight, R. E., Turner, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enantioselective+epoxidation+of+linolenic+acid+catalyzed+by+cytochrome+P450BM3+from+Bacillus+megaterium.">Enantioselective epoxidation of linolenic acid catalyzed by cytochrome P450BM3 from Bacillus megaterium.</a> Organic and Biomolecular Chemistry. 3, 1688-2690 (2005).</li><li>Capdevila, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+highly+stereoselective+oxidation+of+polyunsaturated+fatty+acids+by+cytochrome+P450BM-3.">The highly stereoselective oxidation of polyunsaturated fatty acids by cytochrome P450BM-3.</a> Journal of Biological Chemistry. 271, 22663-22671 (1996).</li><li>Lucas, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stereoselective+epoxidation+of+the+last+double+bond+of+polyunsaturated+fatty+acids+by+human+cytochromes+P450.">Stereoselective epoxidation of the last double bond of polyunsaturated fatty acids by human cytochromes P450.</a> Journal of Lipid Research. 51, 1125-1133 (2010).</li><li>Guengerich, F. P., Martin, M. V., Sohl, C. D., Cheng, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+cytochrome+P450+and+NADPH-cytochrome+P450+reductase.">Measurement of cytochrome P450 and NADPH-cytochrome P450 reductase.</a> Nature Protocols. 4, 1245-1251 (2009).</li><li>. Cayman Chemical, 19,20-EpDPA Available from: <a target="_blank" href="https://www.caymanchem.com/product/10175">https://www.caymanchem.com/product/10175</a> (2019)</li><li>Graham-Lorence, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+active+site+substitution,+F87V,+converts+cytochrome+P450+BM-3+into+a+regio-+and+stereoselective+(14S,+15R)-arachidonic+acid+epoxygenase.">An active site substitution, F87V, converts cytochrome P450 BM-3 into a regio- and stereoselective (14S, 15R)-arachidonic acid epoxygenase.</a> Journal of Biological Chemistry. 272, 1127-1135 (1996).</li></ol>

We presenteren hier een operationeel eenvoudige en kosteneffectieve methode voor de voorbereiding van de twee meest voorkomende epoxy metabolieten van DHA-19, 20 en 16, 17-EDP. Deze epoxy vetzuren kunnen worden bereid in zeer enantiopure (als hun S, R-isomeren) vorm met behulp van wild-type BM3 enzym. Hieronder vindt u een aantal kritieke punten die kunnen worden gebruikt voor het oplossen van problemen, en de uitbreiding van onze methode tot de voorbereiding van enantiopure epoxy metabolieten van AA en EPA....

Als belangstelling voor de rol die meervoudig onverzadigde vetzuren (met name omega-3 en omega-6 meervoudig onverzadigde vetzuren) spelen in de menselijke biologie is gegroeid in de afgelopen jaren, hebben onderzoekers kennis genomen van het brede scala van aantrekkelijke voordelen die hun metabolieten Vertonen. In het bijzonder, epoxy vetzuur metabolieten geproduceerd door de cytochroom P450 klasse van enzymen zijn een groot punt van focus. Bijvoorbeeld, spelen vele PUFA epoxiden, met inbegrip van epoxyeicosatrienoic zuren (eet's), epoxydocosapentaenoic zuren (toezichthouder) en epoxyeicosatetraenoic zuren (EEQs), een kritieke rol in regelgeving van bloeddruk en ontsteking1,2 , 3 , 4 , 5. interessant is dat de specifieke enantiomeren en regioisomers van AA en EPA epoxiden is bekend dat verschillende effecten hebben op vasoconstrictie6,7. Terwijl de fysiologische effecten van de enantiomeren en regioisomers van Eet's en EEQs zijn gedocumenteerd, is er weinig bekend over het effect van de analoge epoxydocosapentaenoic zuren (toezichthouder) gevormd uit DHA. Wijdverbreid gebruik van visolie8, die rijk is aan zowel EPA en DHA, heeft ook geroerd belangstelling voor de toezichthouder9. De voordelen van deze supplementen zijn vermoedelijk deels te wijten aan de downstream-DHA metabolieten (16, 17-EDP en 19, 20-EDP is de meest voorkomende), omdat in vivo niveaus van de toezichthouder coördineren zeer goed met de hoeveelheid DHA in de voeding10, 11.
Het bestuderen van de mechanismen en doelstellingen van deze epoxy vetzuren door metabolomics, chemische biologie, en andere methoden heeft bewezen uitdagend, deels omdat ze bestaan als mengsels van regio-en stereo-isomeren, en een methode voor het verkrijgen van zuivere hoeveelheden van de enantiomeren en regioisomers is vereist. Conventionele middelen voor het chemisch synthetiseren van deze verbindingen zijn ondoeltreffend gebleken. Het gebruik van peroxyzuren zoals META-Chloorperoxybenzoëzuur zuur voor epoxidatie heeft vele nadelen, in het bijzonder het gebrek aan epoxidatie selectiviteit, die dure en nauwgezette reiniging van individuele regioisomers en enantiomeren noodzakelijk maakt. Totale synthese van DHA en EPA metabolieten is mogelijk, maar ook lijdt aan nadelen die het onpraktisch maken voor grootschalige synthese, zoals hoge kosten en lage opbrengsten12,13. De efficiënte algemene productie kan met enzymatische synthese worden bereikt, aangezien de enzymatische reacties regio-en Stereoselectieve14zijn. Studies tonen aan dat enzymatische epoxidatie van AA en EPA (met BM3) is zowel regioselective en enantioselectieve15,16,17,18, maar deze procedure is niet getest met DHA, of op een grote Schaal. Het algemene doel van onze methode was om deze chemoenzymatic epoxidatie te schalen en te optimaliseren om snel significante hoeveelheden zuivere epoxy vetzuren als hun individuele enantiomeren te produceren. Met behulp van de hier gepresenteerde methode, onderzoekers hebben toegang tot een eenvoudige en kosteneffectieve strategie voor de synthese van de toezichthouder en andere PUFA epoxy metabolieten.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:916px;" width="916">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Ammonium Bicarbonate</td>
			<td style="width:150px;">Sigma</td>
			<td align="right" style="width:150px;">9830</td>
			<td style="width:339px;">NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Ampicillin</td>
			<td style="width:150px;">GoldBio</td>
			<td>A30125</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Anhydrous magnesium sulfate</td>
			<td style="width:150px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:150px;">M65-3</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Anhydrous methanol</td>
			<td style="width:150px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:150px;">322515</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Anhydrous sodium sulfate</td>
			<td style="width:150px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:150px;">S421-500</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Anhydrous toluene</td>
			<td style="width:150px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:150px;">244511</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Arachidonic Acid (AA)</td>
			<td style="width:150px;">Nu-Chek Prep</td>
			<td style="width:150px;">U-71A</td>
			<td>Air-sensitive.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Diethyl Ether</td>
			<td style="width:150px;">Sigma</td>
			<td align="right" style="width:150px;">296082</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">DMSO (molecular biology grade)</td>
			<td style="width:150px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:150px;">D8418</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Docosahexaenoic Acid (DHA)</td>
			<td style="width:150px;">Nu-Chek Prep</td>
			<td style="width:150px;">U-84A</td>
			<td>Air-sensitive.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid)</td>
			<td style="width:150px;">Invitrogen</td>
			<td align="right" style="width:150px;">15576028</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Eicosapentaenoic Acid (EPA)</td>
			<td style="width:150px;">Nu-Chek Prep</td>
			<td style="width:150px;">&#160;U-99A</td>
			<td>Air-sensitive.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Ethyl acetate</td>
			<td style="width:150px;">Sigma&#160;</td>
			<td align="right" style="width:150px;">34858</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:279px;">Flash column cartridges 25, 40, 4, 12 g sizes</td>
			<td style="width:150px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:150px;">145170203, 145154064, 5170200</td>
			<td>Alternatively, conventional column chromatography can be used</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Formic acid (HPLC Grade)</td>
			<td style="width:150px;">J.T. Baker</td>
			<td style="width:150px;">0128-01</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Glycerol</td>
			<td style="width:150px;">Sigma</td>
			<td>G7757</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Hexanes</td>
			<td style="width:150px;">VWR</td>
			<td style="width:150px;">BDH24575</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">LB Broth</td>
			<td style="width:150px;">Sigma</td>
			<td>L3022</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Lithium hydroxide</td>
			<td style="width:150px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:150px;">442410</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Magnesium chloride</td>
			<td style="width:150px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:150px;">2444-01</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Methanol (HPLC grade)</td>
			<td style="width:150px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:150px;">34860-41-R</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">NADPH Tetrasodium Salt</td>
			<td style="width:150px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:150px;">481973</td>
			<td>Air-sensitive.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Oxalic acid</td>
			<td style="width:150px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:150px;">194131</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">pBS-BM3 transfected DH5&#945; E. coli</td>
			<td style="width:150px;">NA</td>
			<td style="width:150px;">NA</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">PMSF (phenylmethanesulfonyl fluoride)</td>
			<td style="width:150px;">Sigma</td>
			<td style="width:150px;">P7626</td>
			<td>Toxic!</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Potassium Permanganate</td>
			<td style="width:150px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:150px;">223468</td>
			<td>For TLC staining.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Potassium phosphate dibasic</td>
			<td style="width:150px;">Sigma</td>
			<td align="right" style="width:150px;">795496</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Potassium phosphate monobasic</td>
			<td style="width:150px;">Sigma</td>
			<td align="right" style="width:150px;">795488</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:279px;">Q Sepharose Fast Flow resin (GE Healthcare life sciences)</td>
			<td style="width:150px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:150px;">17-0515-01</td>
			<td>For anion exchange purification of enzyme</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Sodium Chloride</td>
			<td style="width:150px;">Sigma</td>
			<td align="right" style="width:150px;">71376</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Tetrahydrofuran, anhydrous</td>
			<td style="width:150px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:150px;">186562</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:279px;">TMS-Diazomethane (2.0 M in hexanes)</td>
			<td style="width:150px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:150px;">362832</td>
			<td>Very toxic.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="30">
			<td height="30" style="height:30px;width:279px;">Tris-HCl</td>
			<td style="width:150px;">GoldBio</td>
			<td style="width:150px;">T-400</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Also necessary:</td>
			<td style="width:150px;"></td>
			<td style="width:150px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:279px;">Automatic flash purification system (we used a Buchi Reveleris X2)&#160;</td>
			<td style="width:150px;">Buchi</td>
			<td style="width:150px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:279px;">C18 HPLC column (Zorbax Eclipse XDB-C18)</td>
			<td style="width:150px;">Agilent</td>
			<td style="width:150px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Centrifuge capable of 10,000 x g</td>
			<td style="width:150px;"></td>
			<td style="width:150px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:279px;">Chiral HPLC Column (Lux cellulose-3), 250 x 4.6 mm, 5 &#181;M, 1000 &#197;)</td>
			<td style="width:150px;">Phenomenex</td>
			<td style="width:150px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="104">
			<td height="104" style="height:104px;width:279px;">General chemistry supplies: a 2 L separatory funnel, beakers and Erlenmeyer flasks with 1000-2000 L capacity, 20 mL vials, HPLC vials, small round-bottomed flasks and stir-bars.</td>
			<td style="width:150px;"></td>
			<td style="width:150px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:62px;width:279px;">HPLC (we use a Shimadzu Prominence LC-20AT analytical pump and SPD-20A UV-vis detector</td>
			<td style="width:150px;">Shimadzu</td>
			<td style="width:150px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:279px;">Nanodrop 2000 Spectrophotometer&#160;</td>
			<td style="width:150px;">Thermo-Fisher Scientific</td>
			<td style="width:150px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:62px;width:279px;">NMR</td>
			<td style="width:150px;">NMR: Agilent DD2 spectrometer (500 MHz)</td>
			<td style="width:150px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Rotary evaporator</td>
			<td style="width:150px;">Buchi</td>
			<td style="width:150px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:279px;">Sonic dismembrator or ultrasonic homogenizer</td>
			<td style="width:150px;">Cole-Parmer</td>
			<td style="width:150px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

enzymatic synthesis of epoxidized metabolites of docosahexaenoic, eicosapentaenoic, and arachidonic acids

De epoxidized metabolieten van verschillende meervoudig onverzadigde vetzuren (Pufa's), genoemd epoxy vetzuren, hebben een breed scala van rollen in de menselijke fysiologie. Deze metabolieten worden endogene geproduceerd door de cytochroom P450 klasse van enzymen. Vanwege hun uiteenlopende en krachtige biologische effecten, is er veel belang bij het bestuderen van deze metabolieten. Het bepalen van de unieke rollen van deze metabolieten in het lichaam is een moeilijke taak, aangezien de epoxy vetzuren eerst in significante hoeveelheden en met hoge zuiverheid moeten worden verkregen. Het verkrijgen van verbindingen uit natuurlijke bronnen is vaak arbeidsintensief, en oplosbare epoxide hydrolasen (sEH) snel hydroliseer de metabolieten. Aan de andere kant, het verkrijgen van deze metabolieten via chemische reacties is zeer inefficiënt, als gevolg van de moeilijkheid van het verkrijgen van pure regioisomers en enantiomeren, lage opbrengsten, en uitgebreide (en dure) zuivering. Hier presenteren we een efficiënte enzymatische synthese van 19 (s), 20 (r)-en 16 (s), 17 (r)-epoxydocosapentaenoic zuren (toezichthouder) van DHA via epoxidatie met BM3, een bacteriële CYP450 enzym geïsoleerd oorspronkelijk uit Bacillus megaterium (dat is gemakkelijk uitgedrukt in Escherichia coli). Karakterisering en bepaling van de zuiverheid wordt uitgevoerd met nucleaire magnetische resonantie spectroscopie (NMR), high-performance vloeistofchromatografie (HPLC), en massaspectrometrie (MS). Deze procedure illustreert de voordelen van enzymatische synthese van PUFA epoxy metabolieten, en is van toepassing op de epoxidatie van andere vetzuren, met inbegrip van arachidonzuur zuur (AA) en Eicosapentaeenzuur acid (EPA) voor de productie van de analoge epoxyeicosatrienoic zuren (Eet's) en epoxyeicosatetraenoic zuren (EEQs), respectievelijk.

De flitser kolom chromatogram (uitgevoerd met behulp van een geautomatiseerde flits zuivering systeem zoals hieronder beschreven) verkregen na zuivering van het ruwe mengsel van enzymatische epoxidatie is weergegeven in Figuur 1. Na verestering en scheiding van regioisomers, zuivere 16 (s), 17 (r)-EDP en 19 (s), 20 (r)-EDP methylesters werden verkregen. Typisch, zijn zij aanwezig in een benaderende 1:4 aan 1:5 verhouding, m...

Watch this Scientific Journal Video about Enzymatic Synthesis of Epoxidized Metabolites of Docosahexaenoic, Eicosapentaenoic, and Arachidonic Acids at JoVE.com

Enzymatic Synthesis of Epoxidized Metabolites of Docosahexaenoic, Eicosapentaenoic, and Arachidonic Acids

Enzymatische synthese van Epoxidized metabolieten van docosahexaeenzuur, Eicosapentaeenzuur en arachidonzuur zuren

Wij presenteren een methode nuttig voor grootschalige enzymatische synthese en zuivering van specifieke enantiomeren en regioisomers van epoxiden van arachidonzuur zuur (AA), docosahexaeenzuur zuur (DHA), en Eicosapentaeenzuur zuur (EPA) met het gebruik van een bacteriële cytochroom P450 enzym (BM3).

The epoxidized metabolites of various polyunsaturated fatty acids (PUFAs), termed epoxy fatty acids, have a wide range of roles in human physiology. These ...

Dus ons protocol stelt ons in staat om enantiopure epoxy vetzuren voor te bereiden, en deze methode zou kunnen helpen om onderzoek te doen naar de mechanismen waarmee deze metabolieten in het lichaam werken. Historisch gezien zijn zuivere epoxyvetzuren zeer moeilijk te verkrijgen. Ons protocol is eenvoudig, snel, kosteneffectief en stelt ons in staat om grote hoeveelheden van deze metabolieten voor te bereiden.Ja, we hebben een protocol voor DHA ontwikkeld, maar het werkt ook erg goed voor EPA en spinragisch zuur. Werk snel, omdat sommige van de reagentia luchtgevoelig zijn, met name DHA en NADPH, en zorg ervoor dat u alles van tevoren koppelt, zodat de installatie eenvoudig is. Wees je ook bewust van de gevaren.Ons protocol maakt gebruik van technieken in zowel enzymologie als organische chemie. Visualisatie is van cruciaal belang om lezers en kijkers te helpen die niet bekend zijn met de gespecialiseerde technieken op deze gebieden. Gebruik om een steriele lus of pipet te inenten die is ondergedompeld in de glycerolvoorraad pBS-BM3-transfected DH5-alpha E.coli in vijf milliliter steriele LB-bouillon aangevuld met 0,5 milligram ampicilline.Broed de celcultuur in een shaker bij 37 graden Celsius gedurende 24 uur bij 200 rpm. Voeg vervolgens de startercultuur van vijf milliliter en 100 milligram ampicilline toe aan een liter steriele LB-bouillon in een Erlenmeyer-kolf. Schud bij 37 graden Celsius gedurende zes uur bij 200 rpm, dan bij 30 graden Celsius gedurende 18 uur bij 200 rpm.Daarna verzamelt u de celkweek in centrifugebuizen en centrifugeert u de celkweek gedurende 10 minuten bij 1.000 g. Giet de supernatant in een andere fles. Ontsmetting met bleekwater of met behulp van de autoclave, en bewaar de cel pellet op min 78 graden Celsius tot enzymzuivering.Om cellyse uit te voeren, ontdooi eerst de celpellet op ijs en wordt deze opnieuw opgetrokken in 40 milliliter ijskoude oplosbuffer met Tris, PMSF en EDTA. Terwijl op ijs, sonicate de cellen voor een minuut met een ultrasone homogenisator, met een output power setting van 10 en plicht van 100, gevolgd door een pauze van een minuut op ijs om de cellen lyse. Herhaal deze procedure zes keer.Centrifugeer het cellysaat op vier graden Celsius gedurende 30 minuten op 11.000 g om het celpuin te pelleteren. Om affiniteit chromatografie uit te voeren, in een koude kamer of koelkast met een schuifdeur, op vier graden Celsius, eerst een sterke anion uitwisseling chromatografie kolom door het wassen van de hars met vijf kolom volumes van buffer A van 10-millimolar Tris op pH 7.8. Voeg vervolgens de supernatant van de cellysaten toe aan de geëquilibreerde kolom en was de kolom met drie kolomvolumes koude buffer A.Dan, ontwijk de BM3 door de kolom te wassen met zes kolomvolumes koude buffer B van 10-millimolar Tris en 600 millimolar natriumchloride.Verzamel de roodbruine eluentfractie. Als het eiwit niet onmiddellijk wordt gebruikt, meng het met een gelijk volume van glycerol, en flash-freeze met vloeibare stikstof. Bewaar de bevroren oplossing op min 78 graden Celsius.Om epoxidatie van DHA uit te voeren, bepaalt u eerst de concentratie van het ontdooide BM3-enzym, volgens de koolmonoxide dithionite spectrale testmethode. Voeg vervolgens in een beker met twee liter reactiebuffer op een magnetische roerplaat 0,94 millimol DHA toe die wordt verdund in 18,8 milliliter DMSO en het BM3-enzym verdund tot 20 nanomolar. Terwijl de oplossing is roeren, beginnen met de epoxidatie reactie door het toevoegen van 8,7 milliliter van de reactie buffer met 0,94 millimolen NADPH.Roer de reactie gedurende 30 minuten terwijl borrelende lucht in het reactiemengsel met een luchtgevulde ballon bevestigd aan een spuit en naald geplakt aan de binnenkant van het bekerglas. Daarna, het opstellen van een microliter van de reactie mengsel, en zet het in een NanoDrop spectrofotometer om de absorptie op 340 nanometer te meten. Gebruik water als de lege.Als er geen resterende absorptie is, wat aangeeft dat NADPH is verbruikt, is de reactie voltooid. Blus het reactiemengsel door langzaam een-molair oxaalzuur dropwise toe te voegen, totdat de pH van de oplossing ongeveer vier bereikt. Haal nu de gedoofde bufferoplossing eruit met twee liter watervrije, peroxidevrije diethylether.Gebruik een separatory trechter om de lagen te schudden en te scheiden, en verzamel de ether in een Erlenmeyer-kolf. Herhaal twee extra keren en voeg ongeveer 50 gram watervrij magnesiumsulfaat toe om de ether te drogen. Giet op een vacuümfiltertrechter de gedroogde ether om het magnesiumsulfaat te filteren en breng de gefilterde etherlaag over naar een ronde bodemkolf van de roterende verdamper.Pas de rotatiesnelheid aan op medium en start het vacuüm om de vloeistof te concentreren om ruwe EDP-residu op te leveren. Laad het residu in een silicacartridge van 40 gram om flashkolomchromatografie uit te voeren met behulp van een geautomatiseerde flashreinigingsmachine. Begin bij 10% ethylacetaat in hexaan en opvoer tot 60% ethylacetaat in hexaan gedurende 22 minuten.De breuken worden automatisch verzameld in buizen. Combineer vervolgens de fracties van elke piek in een ronde-bodemkolf, zet op de roterende verdamper en start de verdamping. Drie fracties worden verkregen, DHA, EDP isomeren, en diepoxide.Om de verkregen 0,151 gram epoxide in een ronde bodemkolf of kleine flacon te esterificeren, voeg dan twee milliliter watervrije methanol en drie milliliter watervrije tolueen toe en voeg een roerreep toe. Sluit de kolf met een ballon gevuld met argon door een rubberen septum en een naald, en voeg 0,26 milliliter twee-molaire TMS-diazomethaan door een spuit tijdens het roeren. Wacht 10 minuten en voeg nog eens 05 milliliter TMS-diazomethaan toe tot er een lichtgele kleur verschijnt.Concentreer het mengsel na 30 minuten voorzichtig met de roterende verdamper en gebruik een silicagelkolomcarlumr van 40 gram op de flitschromatografiemachine om het residu te zuiveren. Elute met een isocratische concentratie van 4% ethylacetaat in hexaan gedurende 22 minuten. Verzamel eerst de fracties met de gezuiverde 19S, 20R-EDP methylester eluates, gevolgd door 16S, 17R-EDP methylester.Beoordeel nu de breuken door dunne-laagchromatografie in een acht-op-een hexaan-tot-ethyl-acetaat mengsel. Vlek met kaliumpermanganaat om te controleren op gemengde breuken met beide isomeren. Concentreer de breuken die overeenkomen met elke piek op een roterende verdamper en wed vervolgens op een balans om de hoeveelheid verkregen EDP-esters te bepalen.Als gemengde fracties blijven, opnieuw chromatograaf ze met hetzelfde oplosmiddel systeem als eerder gebruikt. Concentreer elke fractie met de individuele regioisomer op een roterende verdamper. Om individuele EDP methylester regioisomeren om te zetten in hun zure vormen, verdun de EDP-ester in een klein flesje met ongeveer 0,7 milliliter THF per 0,1 millimol ester, samen met 0,175 milliliter water.Koel de flacon tot nul graden Celsius in een ijsbad, voeg drie equivalenten van lithiumhydroxide oplossing, en roer op een roerplaat onder argon 's nachts tijdens de opwarming tot kamertemperatuur. In de ochtend, blus de reactie door langzaam toe te voegen mierenzuur, totdat de pH van het mengsel bereikt drie tot vier. Voeg vervolgens water en twee milliliter ethylacetaat toe om de lagen te scheiden.Haal de waterlaag met 10 milliliter ethylacetaat drie keer, was met 20 milliliter verzadigde pekeloplossing en voeg enkele grammen waterwater natriumsulfaat toe in de oplossing om de ethylacetaatlaag te drogen. Concentreer de ethylacetaatoplossing met behulp van de roterende verdamper, voeg 10 milliliter hexaan toe en concentreer zich opnieuw. Herhaal twee maal om het resterende mierenzuur azeotropisch te verwijderen.Zuiver het residu door flash kolom chromatografie, eluting met 10 tot 30% ethylacetaat gedurende 15 minuten. Concentreer de gewenste fracties in de roterende verdamper en droog in vacuo om het gezuiverde zuur te betalen. De flash kolom chromatogram verkregen bij zuivering van het ruwe mengsel uit enzymatische epoxidatie wordt hier weergegeven.Drie belangrijke pieken werden verkregen, eluting in de volgorde van, eerste, niet-gereageerdE DHA, tweede, mengsel van EDP isomeren, en, ten derde, diepoxide, die normale over-oxidatie producten. Na esterificatie en scheiding van de regioisomeren geven de proton NMR spectra aan dat 16S, 17R-EDP en 19S, 20R-EDP methylesters werden verkregen. Chiral HPLC bevestigde de enantiomeree zuiverheid van de zure vormen van de EDP's.Zorg ervoor dat u uw bouillon steriel te houden tijdens het hanteren en inenten om besmetting te voorkomen. De epoxidatie kan worden gebruikt voor andere vetzuren. Dus probeerden we het ook met arachidonic en eicosapentaenoic zuren, en we verkregen goede opbrengsten van die enantiopure epoxides, dus 14, 15-EET en 17, 18-EEQ.Dus een protocol dat onderzoekers toegang geeft tot epoxyvetzuren kan helpen bij onderzoek naar de biologische functies van deze verbindingen, wat kan leiden tot het gebruik ervan als medicijn leidt. De gevaarlijke chemische stoffen zijn PMSF, die gevaarlijk is door contact, en TMS-diazomethaan, dat is zeer giftig door contact en inademing. Dus de laatste moet worden gebruikt in een rookkap en met de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Seeded Synthesis of CdSe/CdS Rod and Tetrapod Nanocrystals

Gezaaide Synthese van CdSe / CdS Rod en Tetrapod nanokristallen

We demonstrate a method for the synthesis of multicomponent nanostructures consisting of CdS and CdSe with rod and tetrapod morphologies. A seeded ...

Qualitative Identification of Carboxylic Acids, Boronic Acids, and Amines Using Cruciform Fluorophores

Kwalitatieve Identificatie van carbonzuren, boronzuren en aminen gebruiken Cruciform Fluoroforen

Molecular cruciforms are X-shaped systems in which two conjugation axes intersect at a central core. If one axis of these molecules is substituted with ...

Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks

Synthese en karakterisering van gefunctionaliseerde metaal-organische roosters

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and ...

Synthesis and Reaction Chemistry of Nanosize Monosodium Titanate

Synthese en Reaction Chemistry of nanosize Monosodium Titanate

This paper describes the synthesis and peroxide-modification of nanosize monosodium titanate (nMST), along with an ion-exchange reaction to load the ...

Light-driven Enzymatic Decarboxylation

Light-driven Enzymatische Decarboxylatie

Oxidoreductases belong to the most-applied industrial enzymes. Nevertheless, they need external electrons whose supply is often costly and challenging. ...

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

Synthese en karakterisering van Supramoleculaire colloïden

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical ...

Hydroquinone Based Synthesis of Gold Nanorods

Hydrochinon Based Synthese van Gold nanorods

Gold nanorods are an important kind of nanoparticles characterized by peculiar plasmonic properties. Despite their widespread use in nanotechnology, the ...

Chemo-enzymatic Synthesis of N-glycans for Array Development and HIV Antibody Profiling

Chemo-enzymatic Synthesis of N-glycans for Array Development and HIV Antibody Profiling

Chemo-enzymatische synthese van N- glycanen voor Array ontwikkeling en HIV antilichaam profilering

We present a highly efficient way for the rapid preparation of a wide range of N-linked oligosaccharides (estimated to exceed 20,000 structures) that are ...

Synthesis and Mass Spectrometry Analysis of Oligo-peptoids

Synthese en analyse van de Spectrometrie van de massa van Oligo-peptoids

Peptoids are sequence-controlled peptide-mimicking oligomers consisting of N-alkylated glycine units. Among many potential applications, peptoids have ...

Enzymatic Cascade Reactions for the Synthesis of Chiral Amino Alcohols from L-lysine

Enzymatische Cascade reacties voor de synthese van chirale Amino alcoholen van L-lysine

Amino alcohols are versatile compounds with a wide range of applications. For instance, they have been used as chiral scaffolds in organic synthesis. ...