Lee, Dong Gu;Lee, Ju Sung;Kim, Kyung-Tack;Kim, Hyun Young;Lee, Sanghyun
Journal of Applied Biological Chemistry
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v.62
no.1
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pp.87-91
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2019
The contents of major ginsenosides (ginsenosides Rb1, ginsenoside Rc, ginsenoside Rd, ginsenoside Re, ginsenoside Rf, and ginsenoside Rg1) in ginseng cultivated in different areas in Korea, ginseng that underwent different cultivation processes and ages, and ginseng cultivated in different countries were determined using high-performance liquid chromatography equipped with UV/VIS detector. Ginsenoside Rc was the most abundant ginsenoside in all different ginseng samples. The highest total concentration of major ginsenosides was found in the ginseng cultivated in Jinan (0.931 mg/g) and 4-year grown red ginseng (1.785 mg/g). Major ginsenosides were the most abundant in Korean ginseng (1.264 mg/g), compared to those in Chinese and American ginseng. The results of this study showed the different contents of major ginsenosides in the ginseng samples tested and emphasized which sample could contain high yield of ginsenosides.
Ginsenosides are considered to be the most important ingredients in ginseng. They are chemically converted by endogenous organic acids contained in ginseng and the heat applied during red ginseng processing. During this procedure, various converted ginsenosides are produced through hydrolysis of substitute sugars of ginsenosides and forming double bonds through dehydration in the dammarane skeleton. In order to study the conversion mechanism of protopanaxadiol-type ginsenosides during the heat treatment process of ginseng, we purified the three final converted ginsenosides by heating fresh ginseng for a long time. The three isolated ginsenosides were identified as 25(OH)-ginsenoside Rg5, 25(OH)-ginsenoside Rz1 and 25(OH)-ginsenoside Rg3 through NMR spectrum analysis. As a result of quantification of ginseng heated at 100 ℃ for 0 to 6 days by HPLC/UV and TLC methods, the content of 25(OH)-ginsenosides tended to increase in proportion to the time exposed to heat. In particular, the content of 25(OH)-ginsenosid Rg5 was confirmed to be noticeably increased.
Background: Ginsenosides are the characteristic and principal components which manifest a variety of the biological and pharmacological activities of the roots and rhizomes of Panax ginseng (GRR). This study was carried out to qualitatively and quantitatively determine the ginsenosides in the cultivated and forest GRR. Methods: A rapid and sensitive ultra-high-performance liquid chromatography coupled with diode-array detector and quadrupole/time of flight tandem mass spectrometry (UPLC-DAD-QTOF-MS/MS) was applied to the qualitative analysis of ginsenosides and a 4000 QTRAP triple quadrupole tandem mass spectrometer (HPLC-ESI-MS) was applied to quantitative analysis of 19 ginsenosides. Results: In the qualitative analysis, all ingredients were separated in 10 min. A total of 131 ginsenosides were detected in cultivated and forest GRR. The method for the quantitative determination was validated for linearity, precision, and limits of detection and quantification. 19 representative ginsenosides were quantitated. The total content of all 19 ginsenosides in the forest GRR were much higher than those in the cultivated GRR, and were increased with the growing ages. Conclusion: This newly developed analysis method could be applied to the quality assessment of GRR as well as the distinction between cultivated and forest GRR.
This study was carried out to establish a new efficient method for isolation and purification of ginsenosides. Silica gel column chromatography, having been used for the isolation of ginsenosides, is advantageous to obtain a large amount of ginsenosides. However, it has a disadvantage to isolate ginsenosides to their highest purity. In addition, normal-or reverse-phase HPLC method thus far reported is confined to quantitative analysis. Especially, it has not been possible to isolate racemic 20(S)- and 20(R)-ginsenoside Rg2. In this experiment, isolation and purification of ginsenosides were accomplished by Diaion HP-20 adsorption chromatography, silica gel column chromatography, recrystalization and Prep. HPLC with or without Prep. TLC. From this study, we could establish a new efficient method for isolation and purification of 9 major and/or minor ginsenosides.
Background: Ginsenosides are the unique and bioactive components in ginseng. Ginsenosides are affected by the growing environment and conditions. In New Zealand (NZ), Panax ginseng Meyer (P. ginseng) is grown as a secondary crop under a pine tree canopy with an open-field forest environment. There is no thorough analysis reported about NZ-grown ginseng. Methods: Ginsenosides from NZ-grown P. ginseng in different parts (main root, fine root, rhizome, stem, and leaf) with different ages (6, 12, 13, and 14 years) were extracted by ultrasonic extraction and characterized by Liquid chromatography coupled with quadrupole time-of-flight tandem mass spectrometry. Twenty-one ginsenosides in these samples were accurately quantified and relatively quantified with 13 ginsenoside standards. Results: All compounds were separated in 40 min, and a total of 102 ginsenosides were identified by matching MS spectra data with 23 standard references or published known ginsenosides from P. ginseng. The quantitative results showed that the total content of ginsenosides in various parts of P. ginseng varied, which was not obviously dependent on age. In the underground parts, the 13-year-old ginseng root contained more abundant ginsenosides among tested ginseng samples, whereas in the aboveground parts, the greatest amount of ginsenosides was from the 14-year-old sample. In addition, the amount of ginsenosides is higher in the leaf and fine root and much lower in the stem than in the other parts of P. ginseng. Conclusion: This study provides the first-ever comprehensive report on NZ-grown wild simulated P. ginseng.
Background: Ginseng (the roots of Panax ginseng Meyer) is a well-known traditional Oriental medicine and is now widely used as a health food. It contains several types of ginsenosides, which are considered the major active medicinal components of ginseng. It has recently been reported that the qualitative and quantitative properties of ginsenosides found in ginseng may differ, depending on cultivation regions, ages, species, and so on. Therefore, it is necessary to study these variations with respect to cultivation ages and regions. Methods: In this study, 3-6-yr-old roots of P. ginseng were collected from three different cultivation regions. The contents of five ginsenosides (Rb1, Rd, Rc, Re, and Rgl) were measured by rapid resolution liquid chromatography coupled with quadruple-time-of-flight mass spectrometry. The Kruskal-Wallis Rank sum test and multiple t test were used for comparative analysis of the data to evaluate the dynamic changes in the accumulation of these ginsenosides affected by cultivation regions and ages. Results: The content and composition of ginsenosides varied significantly among specimens collected from different cultivation regions and having different cultivation ages. For all samples, the content of Rg1 and Re ginsenosides increases with age and this rate of increase is different for each sample. The contents of Rb1, Rc, and Rd varied with cultivation ages in samples from different cultivation regions; especially, Rb1 from a 6-yr-old root showed approximately twofold variation among the samples from three cultivation regions. Furthermore, the content of Rb1 highly correlated with that of Rd (r = 0.89 across all locations and ages). Conclusion: In our study, only the contents of ginsenosides Rg1 and Re were affected by the root age. Ginsenosides Rb1, Rc, and Rd varied widely with ages in samples from different cultivation regions.
Background: Many ginsenosides have been shown to be efficacious for major depressive disorder (MDD), which is a highly recurrent disorder, through several preclinical studies. We aimed to review the literature assessing the antidepressant effects of ginsenosides on MDD animal models, to establish systematic scientific evidence in a rigorous manner. Methods: We performed a systematic review on the antidepressant effects of ginsenoside evaluated in in vivo studies. We searched for preclinical trials from inception to July 2019 in electronic databases such as Pubmed and Embase. In vivo studies examining the effect of a single ginsenoside on animal models of primary depression were included. Items of each study were evaluated by two independent reviewers. A meta-analysis was conducted to assess behavioral changes induced by ginsenoside Rg1, which was the most studied ginsenoside. Data were pooled using the random-effects models. Results: A total of 517 studies were identified, and 23 studies were included in the final analysis. They reported on many ginsenosides with different antidepressant effects and biological mechanisms of action. Of the 12 included articles assessing ginsenoside Rg1, pooled results of forced swimming test from 9 articles (mean difference (MD): 20.50, 95% CI: 16.13-24.87), and sucrose preference test from 11 articles (MD: 28.29, 95% CI: 22.90-33.69) showed significant differences compared with vehicle treatment. The risk of bias of each study was moderate, but there was significant heterogeneity across studies. Conclusion: These estimates suggest that ginsenosides, including ginsenoside Rg1, reduces symptoms of depression, modulates underlying mechanisms, and can be a promising antidepressant.
Background: Ginsenosides are not only the principal bioactive components but also the important indexes to the quality assessment of Panax ginseng Meyer. Their contents in cultivated ginseng vary with the growth environment and age. The present study aimed at evaluating the significant difference between 36 cultivated ginseng of different cultivation areas and ages based on the simultaneously determined contents of 14 ginsenosides. Methods: A high-performance liquid chromatography (HPLC) coupled with triple quadrupole mass spectrometer (MS) method was developed and used in the multiple reaction-monitoring (MRM) mode (HPLC-MRM/MS) for the quantitative analysis of ginsenosides. Multivariate statistical analysis, such as principal component analysis and partial least squares-discriminant analysis, was applied to discriminate ginseng samples of various cultivation areas and ages and to discover the differentially accumulated ginsenoside markers. Results: The developed HPLC-MRM/MS method was validated to be precise, accurate, stable, sensitive, and repeatable for the simultaneous determination of 14 ginsenosides. It was found that the 3- and 5-yr-old ginseng samples were differentiated distinctly by all means of multivariate statistical analysis, whereas the 4-yr-old samples exhibited similarity to either 3- or 5-yr-old samples in the contents of ginsenosides. Among the 14 detected ginsenosides, Rg1, Rb1, Rb2, Rc, 20(S)-Rf, 20(S)-Rh1, and Rb3 were identified as potential markers for the differentiation of cultivation ages. In addition, the 5-yr-old samples were able to be classified in cultivation area based on the contents of ginsenosides, whereas the 3- and 4-yr-old samples showed little differences in cultivation area. Conclusion: This study demonstrated that the HPLC-MRM/MS method combined with multivariate statistical analysis provides deep insight into the accumulation characteristics of ginsenosides and could be used to differentiate ginseng that are cultivated in different areas and ages.
Background: In this study, we screened and identified an endophyte JG09 having strong biocatalytic activity for ginsenosides from Platycodon grandiflorum, converted ginseng total saponins and ginsenoside monomers, determined the source of minor ginsenosides and the transformation pathways, and calculated the maximum production of minor ginsenosides for the conversion of ginsenoside Rb1 to assess the transformation activity of endophyte JG09. Methods: The transformation of ginseng total saponins and ginsenoside monomers Rb1, Rb2, Rc, Rd, Rg1 into minor ginsenosides F2, C-K and Rh1 using endophyte JG09 isolated by an organizational separation method and Esculin-R2A agar assay, as well as the identification of transformed products via TLC and HPLC, were evaluated. Endophyte JG09 was identified through DNA sequencing and phylogenetic analysis. Results: A total of 32 ${\beta}$-glucosidase-producing endophytes were screened out among the isolated 69 endophytes from P. grandiflorum. An endophyte bacteria JG09 identified as Luteibacter sp. effectively converted protopanaxadiol-type ginsenosides Rb1, Rb2, Rc, Rd into minor ginsenosides F2 and C-K, and converted protopanaxatriol-type ginsenoside Rg1 into minor ginsenoside Rh1. The transformation pathways of major ginsenosides by endophyte JG09 were as follows: $Rb1{\rightarrow}Rd{\rightarrow}F2{\rightarrow}C-K$; $Rb2{\rightarrow}C-O{\rightarrow}C-Y{\rightarrow}C-K$; $Rc{\rightarrow}C-Mc1{\rightarrow}C-Mc{\rightarrow}C-K$; $Rg1{\rightarrow}Rh1$. The maximum production rate of ginsenosides F2 and C-K reached 94.53% and 66.34%, respectively. Conclusion: This is the first report about conversion of major ginsenosides into minor ginsenosides by fermentation with P. grandiflorum endophytes. The results of the study indicate endophyte JG09 would be a potential microbial source for obtaining minor ginsenosides.
Background: The roots of Panax ginseng contain two types of tetracyclic triterpenoid saponins, namely, protopanaxadiol (PPD)-type saponins and protopanaxatiol (PPT)-type saponins. In P. ginseng, the protopanaxadiol 6-hydroxylase (PPT synthase) enzyme catalyses protopanaxatriol (PPT) production from protopanaxadiol (PPD). In this study, we constructed homozygous mutant lines of ginseng by CRISPR/Cas9-mediated mutagenesis of the PPT synthase gene and obtained the mutant ginseng root lines having complete depletion of the PPT-type ginsenosides. Methods: Two sgRNAs (single guide RNAs) were designed for target mutations in the exon sequences of the two PPT synthase genes (both PPTa and PPTg sequences) with the CRISPR/Cas9 system. Transgenic ginseng roots were generated through Agrobacterium-mediated transformation. The mutant lines were screened by ginsenoside analysis and DNA sequencing. Result: Ginsenoside analysis revealed the complete depletion of PPT-type ginsenosides in three putative mutant lines (Cr4, Cr7, and Cr14). The reduction of PPT-type ginsenosides in mutant lines led to increased accumulation of PPD-type ginsenosides. The gene editing in the selected mutant lines was confirmed by targeted deep sequencing. Conclusion: We have established the genome editing protocol by CRISPR/Cas9 system in P. ginseng and demonstrated the mutated roots producing only PPD-type ginsenosides by depleting PPT-type ginsenosides. Because the pharmacological activity of PPD-group ginsenosides is significantly different from that of PPT-group ginsenosides, the new type of ginseng mutant producing only PPD-group ginsenosides may have new pharmacological characteristics compared to wild-type ginseng. This is the first report to generate target-induced mutations for the modification of saponin biosynthesis in Panax species using CRISPR-Cas9 system.
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