Unique properties of a Dictyostelium discoideum carbohydrate-binding module expand our understanding of CBM-ligand interactions

Autor(es)

Liberato, Marcelo Vizona ; Campos, Bruna Medeia ; Tomazetto, Geizecler ; Crouch, Lucy Isobel ; Garcia, Wanius ; de Mattos Zeri, Ana Carolina ; Bolam, David Nichol ; Squina, Fabio Marcio

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: Journal of Biological Chemistry; v. 298, n. 5, p. 10-pg., 2022-05-02.

Resumo

Deciphering how enzymes interact, modify, and recognize carbohydrates has long been a topic of interest in academic, pharmaceutical, and industrial research. Carbohydrate-binding modules (CBMs) are noncatalytic globular protein domains attached to carbohydrate-active enzymes that strengthen enzyme affinity to substrates and increase enzymatic efficiency via targeting and proximity effects. CBMs are considered auspicious for various biotechnological purposes in textile, food, and feed industries, representing valuable tools in basic science research and biomedicine. Here, we present the first crystallo-graphic structure of a CBM8 family member (CBM8), DdCBM8, from the slime mold Dictyostelium discoideum, which was identified attached to an endo-beta-1,4-glucanase (glycoside hy-drolase family 9). We show that the planar carbohydrate-binding site of DdCBM8, composed of aromatic residues, is similar to type A CBMs that are specific for crystalline (multichain) poly-saccharides. Accordingly, pull-down assays indicated that DdCBM8 was able to bind insoluble forms of cellulose. However, affinity gel electrophoresis demonstrated that DdCBM8 also bound to soluble (single chain) polysaccharides, especially glu-comannan, similar to type B CBMs, although it had no apparent affinity for oligosaccharides. Therefore, the structural charac-teristics and broad specificity of DdCBM8 represent exceptions to the canonical CBM classification. In addition, mutational analysis identified specific amino acid residues involved in ligand recognition, which are conserved throughout the CBM8 family. This advancement in the structural and functional character-ization of CBMs contributes to our understanding of carbohydrate-active enzymes and protein-carbohydrate in-teractions, pushing forward protein engineering strategies and enhancing the potential biotechnological applications of glyco-side hydrolase accessory modules. (AU)

• Processo FAPESP: 15/50590-4 - Valorização da lignina em plantas de etanol celulósico: a conversão biocatalítica via ácido ferúlico a produtos químicos de alto valor
• Beneficiário: Fábio Márcio Squina
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Temático
• Processo FAPESP: 13/06336-0 - Estudo das Bases Moleculares de Módulos de Ligação a Carboidratos (CBMs) derivados de Metagenômica
• Beneficiário: Bruna Medéia de Campos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 15/23279-6 - Análise metagenômica e metasecretômica de um consórcio microbiano enriquecido de fungos anaeróbicos degradador de bagaço de cana: prospecção de celulossomas e enzimas lignocelulolíticas
• Beneficiário: Geizecler Tomazetto
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 20/15595-3 - Estudo funcional e estrutural de uma celulase celulossomal de fungo anaeróbio e sua interação doquerina-escafoldina
• Beneficiário: Wanius José Garcia da Silva
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 14/04105-4 - Caracterização estrutural e funcional de novas celulases com foco na relação entre domínios catalíticos e CBMs
• Beneficiário: Marcelo Vizoná Liberato
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 20/05784-3 - EMU concedido no processo 15/50590-4: sistema cromatográfico e detectores para análise de açúcares e monolignois de lignocelulose
• Beneficiário: Fábio Márcio Squina
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Processo FAPESP: 15/14009-5 - Estudo das interações entre módulos de ligação ao carboidrato e carboidratos
• Beneficiário: Bruna Medéia de Campos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 17/17275-3 - Estudos do modo de ação de duas mono-oxigenases líticas de polissacarídeos de inseto (ordem isoptera): estrutura molecular, química bioinorgânica e aplicações biotecnológicas
• Beneficiário: Wanius José Garcia da Silva
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular