Molecular basis of substrate recognition and specificity revealed in family 12 glycoside hydrolases

Autor(es)

Calzado, Felipe ; Prates, Erica T. ; Goncalves, Thiago A. ; Rubio, Marcelo V. ; Zubieta, Mariane P. ; Squina, Fabio M. ; Skaf, Munir S. ; Damasio, Andre R. L.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: Biotechnology and Bioengineering; v. 113, n. 12, p. 2577-2586, DEC 2016.
• Citações Web of Science: 3

Resumo

Fungal GH12 enzymes are classified as xyloglucanases when they specifically target xyloglucans, or promiscuous endoglucanases when they exhibit catalytic activity against xyloglucan and -glucan chains. Several structural and functional studies involving GH12 enzymes tried to explain the main patterns of xyloglucan activity, but what really determines xyloglucanase specificity remains elusive. Here, three fungal GH12 enzymes from Aspergillus clavatus (AclaXegA), A. zonatus (AspzoGH12), and A. terreus (AtEglD) were studied to unveil the molecular basis for substrate specificity. Using functional assays, site-directed mutagenesis, and molecular dynamics simulations, we demonstrated that three main regions are responsible for substrate selectivity: (i) the YSG group in loop 1; (ii) the SST group in loop 2; and (iii) loop A3-B3 and neighboring residues. Functional assays and sequence alignment showed that while AclaXegA is specific to xyloglucan, AtEglD cleaves -glucan, and xyloglucan. However, AspzoGH12 was also shown to be promiscuous contrarily to a sequence alignment-based prediction. We find that residues Y111 and R93 in AtEglD harbor the substrate in an adequate orientation for hydrolysis in the catalytic cleft entrance and that residues Y19 in AclaXegA and Y30 in AspzoGH12 partially compensate the absence of the YSG segment, typically found in promiscuous enzymes. The results point out the multiple structural factors underlying the substrate specificity of GH12 enzymes. Biotechnol. Bioeng. 2016;113: 2577-2586. (c) 2016 Wiley Periodicals, Inc. (AU)

• Processo FAPESP: 13/08293-7 - CECC - Centro de Engenharia e Ciências Computacionais
• Beneficiário: Munir Salomao Skaf
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 14/06923-6 - Recalcitrância da biomassa de cana-de-açúcar: fundamentos relacionados à formação da parede celular, ao pré-tratamento e à digestão enzimática, aplicados no desenvolvimento de novos modelos de biorrefinarias
• Beneficiário: Andre Luis Ferraz
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Temático
• Processo FAPESP: 12/20549-4 - Secreção de glicoproteínas heterólogas em Aspergillus: efeito do padrão de glicosilação em parâmetros funcionais de glicosil hidrolases
• Beneficiário: André Ricardo de Lima Damasio
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Jovens Pesquisadores
• Processo FAPESP: 13/24988-5 - Secreção de glicoproteínas heterólogas em Aspergillus: efeito do padrão de glicosilação em parâmetros funcionais de glicosil hidrolases
• Beneficiário: Marcelo Ventura Rubio
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 14/23051-2 - Análise comparativa do mecanismo de secreção de proteínas heterólogas em Aspergillus nidulans
• Beneficiário: Felipe Calzado
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado