Signature active site architectures illuminate the molecular basis for ligand specificity in family 35 carbohydrate binding module
Citation
Correia, M.A.S., Abbott, D.W., Gloster, T.M., Fernandes, V.O., Prates, J.A.M., Montanier, C., Dumon, C., Williamson, M.P., Tunnicliffe, R.B., Liu, Z., Flint, J.E., Davies, G.J., Henrissat, B., Coutinho, P.M., Fontes, C.M.G.A., et Gilbert, H.J. (2010). « Signature active site architectures illuminate the molecular basis for ligand specificity in family 35 carbohydrate binding modules. », Biochemistry, 49(29), p. 6193-6205. doi : 10.1021/bi1006139
Résumé
La déconstruction de la paroi cellulaire végétale est un processus biologique important qui soulève un grand intérêt dans l’industrie, particulièrement dans le secteur de la bioénergie. Or, les enzymes qui s’attaquent à cette paroi renferment généralement un ou plusieurs modules de liaison aux glucides (carbohydrate binding modules, ou CBM), domaines non catalytiques qui jouent un rôle important dans le ciblage de l’activité enzymatique. On a déjà décrit de nombreux CBM qui se lient à la chaîne principale des polysaccharides structuraux des plantes, mais on a peu étudié les CBM qui reconnaissent les divers éléments de la vaste gamme de ramifications que comportent ces polymères. Nous montrons ici qu’un CBM de la famille 35, le CtCBM35‑Gal, se lie à l’α-D-galactose (Gal) et cible ainsi, dans le contexte de la paroi cellulaire végétale, les résidus α-1,6-Gal du galactomannane, mais non les résidus β-D-Gal du xyloglucane. La structure cristalline du CtCBM35-Gal comporte un repliement en sandwich β de type canonique. Des études de mutagénèse dirigée ont montré que le ligand s’insère parmi les boucles reliant les deux feuillets β. Chez ce CBM, le site de liaison avec le ligand présente une similarité structurale appréciable avec celui des CBM35 dépendants du calcium qui ciblent les acides uroniques, mais il comporte de légères différences dans la conformation des résidus conservés dans le site de liaison, lesquelles différences font en sorte qu’il ne peut pas se lier aux métaux ni reconnaître les acides uroniques. Nous proposons un modèle selon lequel l’orientation de la paire de résidus aromatiques interagissant avec les deux faces de l’anneau pyranose du Gal joue un rôle central dans l’orientation de l’atome O4 axial du ligand vers le résidu Asn140, qui est invariant chez les CBM35. Chez les exo-CBM35 (le CBM35-Gal et les CBM35 se liant aux acides uroniques), le site de reconnaissance des ligands semble chevaucher celui du CBM35-Man, qui se lie aux régions internes du mannane, β-polymère du mannose. La mutagénèse dirigée nous a permis de confirmer la conservation de plusieurs résidus fonctionnels dans les sites de liaison de cet endo-CBM35 et des exo-CBM35, mais elle nous a également permis de constater que cet endo-CBM n’utilise par le résidu Asn113 (équivalant à l’Asn140 du CBM35-Gal) pour se lier au mannane, malgré l’importance du résidu équivalent pour la reconnaissance des ligands chez l’ensemble des CBM35 et des CBM6. Nous situons enfin les données présentées dans le présent rapport dans le contexte phylogénétique plus général de la famille des CBM35.