Functional analyses of resurrected and contemporary enzymes illuminate an evolutionary path for the emergence of exolysis in polysaccharide lyase family

Les polysaccharide lyases de la famille 2 (PL2) catalysent de manière préférentielle la β-élimination de l’homogalacturonane en utilisant des métaux de transition comme cofacteurs catalytiques. Les PL2 se divisent en deux sous-familles qui sont généralement associées à la sécrétion, à la dépendance au Mg2+ et à l’endolyse (sous-famille 1) ainsi qu’à la localisation intracellulaire, à la dépendance au Mn2+ et à l’exolyse (sous-famille 2). Lorsqu’ils sont présents dans un génome, les gènes PL2 s’y trouvent habituellement en copies tandem, ce qui laisse supposer des activités complémentaires à différents stades de la cascade catabolique. Une telle relation est fort probablement due à la duplication d’un gène et à la divergence fonctionnelle des deux copies (néofonctionnalisation). Même si le fondement moléculaire de l’activité endolytique des lyases de la sous-famille 1 est connu, les modifications du site actif des enzymes de la sous-famille 2 qui permettent l’exolyse ne le sont pas. Pour élucider ce phénomène, nous avons procédé à une analyse enzymatique comparative des lyases de l’arbre phylogénétique PL2 et déterminé la structure de la VvPL2 de Vibrio vulnificus YJ016, un membre transitionnel entre les sous-familles 1 et 2. Nous avons également eu recours à la reconstruction de la séquence ancestrale pour étudier l’évolution séparée des enzymes PL2 parentales et expliquer l’évolution moléculaire de l’exolyse. Cette étude fait ressortir que la reconstruction de la séquence ancestrale conjointement à l’analyse comparative des enzymes contemporaines et ancestrales constitue une approche prometteuse pour élucider l’origine et les activités d’autres familles d’enzymes à activité glucidique et de comprendre la signification biologique des voies métaboliques cryptiques, comme la pectinolyse chez le pathogène zoonotique marin V. vulnificus.