Production and characterization of in planta transiently produced polygalacturanase from Aspergillus niger and its fusions with hydrophobin or ELP tags

Contexte : Les pectinases jouent un rôle important dans la déconstruction des parois cellulaires végétales, et peuvent être utiles dans divers secteurs industriels, comme ceux de l’alimentation humaine et animale, du vin, du textile, du papier et des combustibles. La demande pour ces enzymes connaît une croissance exponentielle, tout comme les efforts visant à améliorer leur production et à mettre en œuvre leur utilisation dans plusieurs procédés industriels. Le but de la présente étude était d’examiner le potentiel de production de polygalacturonase I de l’Aspergillus niger par des plantes, ainsi que les effets de la compartimentalisation subcellulaire et de fusions protéiques sur l’accumulation et l’activité de cette enzyme.
Résultats : La polygalacturonase I de l’Aspergillus niger (AnPGI) a été produite transitoirement dans le Nicotiana benthamiana en la dirigeant vers cinq compartiments cellulaires différents : apoplasme, réticulum endoplasmique (ER), vacuole, chloroplaste et cytosol. Nous avons observé des niveaux d’accumulation de 2,5 %, 3,0 % et 1,9 % des protéines solubles totales dans l’apoplasme, le réticulum endoplasmique et la vacuole, respectivement, et l’activité spécifique de l’enzyme était significativement plus élevée quand elle était ciblée sur la vacuole que quand elle l’était sur le réticulum endoplasmique ou l’apoplasme. Nous n’avons pas observé d’accumulation de la AnPGI quand elle était ciblée sur les chloroplastes ou le cytosol. La fusion de la AnPGI avec un polypeptide analogue à l’élastine a donné lieu à un accroissement significatif du niveau d’accumulation de la protéine, particulièrement quand elle était ciblée sur la vacuole (niveau de 3,6 % des protéines solubles totales, soit un doublement), tandis que la fusion avec l’hydrophobine (HFBI) a réduit l’accumulation de la AnPGI; par ailleurs, les deux étiquettes ont réduit l’activité de l’enzyme, dans des mesures différentes. La protéine recombinante a montré une activité envers l’acide polygalacturonique, les conditions optimales étant un pH de 5,0 et une température de 30 à 50 °C, selon l’étiquette de fusion. L’analyse in vivo de la teneur en sucres réducteurs a révélé une plus forte libération de ces sucres chez le tissu végétal exprimant la AnPGI recombinante que chez les feuilles du N. benthamiana de type sauvage.
Conclusion : Nos résultats montent que la compartimentalisation subcellulaire des enzymes a un impact tant sur l’accumulation de la protéine cible que sur son activité, particulièrement dans le cas des protéines qui connaissent des modifications post-traductionnelles, et devrait être prise en compte dans la conception des stratégies de production de protéines. L’utilisation de plantes pour produire des enzymes hétérologues permettant de dégrader une composante essentielle des parois cellulaires végétales pourrait réduire le coût du prétraitement de la biomasse aux fins de production de biocombustibles cellulosiques.