Use of heteronuclear multiple bond coherence NMR spectroscopy to monitor nitrogen metabolism in a transformed root culture of Datura stramonium

✍ Scribed by Ophélie Fliniaux; François Mesnard; Sophie Raynaud; Sylvie Baltora; Richard J Robins; Marc-André Fliniaux

• Book ID: 104429988
• Publisher: Elsevier Science
• Year: 2001
• Tongue: English
• Weight: 108 KB
• Volume: 4
• Category: Article
• ISSN: 1387-1609
• DOI: 10.1016/s1387-1609(01)01318-4

✦ Synopsis

In order to examine the factors that regulate the flux of primary metabolites into tropane alkaloids, Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (NMR) has been used to monitor nitrogen metabolism in transformed root cultures of Datura stramonium fed with ( 15 NH 4 ) 2 SO 4 and K 15 NO 3 . This study employs the technique of Heteronuclear Multiple Bond Coherence (HMBC) NMR spectroscopy, which combines the advantages of both bidimensional resolution and 1 H NMR sensitivity. Moreover, the HMBC sequence allows the 15 N bound to labile protons to be observed via 2 J and/or 3 J couplings, which is very appropriate for the observation of tropane alkaloids. In transformed roots of Datura stramonium, in addition to the amino acids normally observed in monodimensional 15 N NMR, other amino acids are resolved by HMBC. Labelled peaks due to N-acetyl compounds and to uridine are identified. While these primary metabolites were also seen in cell cultures of Nicotiana plumbaginifolia, cross peaks corresponding to secondary metabolites, such as tropine, were also observed. This is the first time that such secondary products have been found by this technique. © 2001 Académie des sciences / Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS tropane alkaloids / Datura stramonium / transformed roots / nitrogen metabolism / HMBC / NMR Résumé -Utilisation de la séquence RMN HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Coherence) pour suivre le métabolisme azoté dans des cultures de racines transformées de Datura stramonium. Dans le contexte d'une étude visant à définir les facteurs qui régulent les flux des métabolites primaires vers les alcaloïdes tropaniques, la résonance magnétique nucléaire (RMN) est utilisée pour suivre le métabolisme azoté de racines transformées de Datura stramonium cultivé en présence de ( 15 NH 4 ) 2 SO 4 et K 15 NO 3 . Cette étude est réalisée en utilisant la séquence RMN HMBC. Cette technique, associant la RMN à deux dimensions et la détection inverse avec gradients, présente à la fois les avantages de la résolution bidimensionnelle et ceux de la sensibilité de la RMN du proton. De plus, la séquence HMBC permet d'observer par l'intermédiaire de couplages 2 J et/ou 3 J les noyaux 15 N liés à des protons labiles, ce qui est approprié pour identifier des intermédiaires de la voie de biosynthèse des alcaloïdes tropaniques, particulièrement les précurseurs du noyau tropane. Ainsi, dans des racines transformées de Datura stramonium, outre certains acides aminés couramment observés en RMN monodimensionnelle de l'azote 15, d'autres acides aminés sont aussi identifiés par HMBC. Un pic correspondant à des composés N-acétylés peut également être remarqué. Le marquage d'une base pyrimidique, l'uridine, est aussi obtenu. Alors que ces métabolites primaires ont déjà été observés dans des cultures cellulaires de Nicotiana plumbaginifolia, des pics de corrélation correspondant à des métabolites secondaires, tels que la tropine, sont également identifiés. C'est la première fois que ce type de métabolites secondaires est mis en évidence par cette technique. © 2001 Académie des sciences / Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS alcaloïdes tropaniques / Datura stramonium / racines transformées / métabolisme azoté / HMBC / RMN