Les CBM des endoxylanases

D’une façon générale, La plupart des endoxylanases, notamment des familles 10 et 11 sont formées d’un seul domaine catalytique. Néanmoins, certaines peuvent présenter une structure multi-modulaire et renferment en plus un (ou plusieurs) CBM souvent dédié à la fixation aux xylanes (XBD). La présence d’un CBD a été également démontrée dans certains cas de xylanases 11, notamment la Xyn11A de Lentinula edodes, ou la XynA de Clostridium thermocellum mais surtout de xylanases 10 telles que les Xyn10A de Cellvibrio japonicus et de Pseudomonas fluorescens. [128, 168, 169, 170] Ces xylanases ont la capacité de se fixer à la cellulose, mais sont incapables de l’hydrolyser. Ainsi, les CBD conféreraient aux xylanases la capacité de se fixer à de nombreux sites dans la paroi végétale et augmenteraient ainsi leurs chances de rencontre in situ avec leurs substrats.

A l’heure actuelle, les structures 3D d’environs 14 XBD différents associés à des endoxylanases des familles 10, 11 et 43 sont connues (base de données CAZY) (Tableau 8). Il s’agit pour la plupart de CBM de type B (en β-sandwich) appartenant essentiellement aux familles 2b, 4, 6, 9, 13, 15, 22, 35 et 36.

La nature et le nombre de ces XBD influencent la spécificité de fixation des xylanases et affectent leur efficacité hydrolytique à la fois sur les xylanes insolubles et/ou sur les xylanes solubles. [171, 172] En effet, les XBD présentent des spécificités différentielles de fixation en fonction du degré de substitution des xylanes. McCartney et al., 2006 ont montré que les XBD des familles 4, 6, 15 et 22 fixent de façon similaire le xylane non substitué d’avoine (composé d’environs 93% de xylose et 6% d’arabinose) et l’arabinoxylane fortement substitué de seigle (composé d’environs 50% de xylose et 50% d’arabinose) alors que les XBD des familles 2b et 35 présentent une forte affinité pour les xylanes peu ou pas substitués.

De même, les XBD de la famille 35 ont la particularité de reconnaître spécifiquement les glucuronoarabinoxylanes.

L’étude immuno-histochimique de la fixation de ces XBD sur des coupes de différentes espèces végétales a également montré des profils de fixation différents. Ainsi, les XBD des familles 2b et 15 sont capables de se fixer sur les parois secondaires de nombreuses espèces de dicotylédones (tiges de lin, de tabac…), de la même façon que l’anticorps monoclonal LM11 généralement utilisé pour sonder spécifiquement les arabinoxylanes faiblement substitués. Les XBD des familles 4, 6 et 22 montrent une capacité plus limitée de fixation sur les parois secondaires. En revanche, Les XBD de la famille 35 se distinguent des autres XBD

par le fait qu’ils reconnaissent spécifiquement les parois primaires caractérisées chez les dicotylédones par la présence de glucuronoarabinoxylanes. [173, 174]

Ces différences de spécificité des XBD aussi bien in vitro (vis-à-vis de xylanes isolés) que in vivo reflètent à la fois l’hétérogénéité et la grande variabilité de la structure fine des xylanes ainsi que leur état d’accessibilité au sein du réseau complexe de la paroi végétale et soulignent, de ce fait, le rôle potentiel de ces modules protéiques dans le sondage des substrats cibles des endoxylanases à travers la paroi végétale.

Ces différences de spécificité sont généralement corrélées à des différences dans la topographie du site de fixation (notamment la profondeur de la crevasse de fixation), l’arrangement des résidus aromatiques impliqués dans les interactions de "stacking" avec les unités de sucre des chaînes de polysaccharides, mais également à la flexibilité conformationnelle du site de fixation des XBD. Ainsi, par exemple les XBD 2b disposent d’un site de fixation plus large et peu profond comparé aux XBD 4, 6 et 22, ce qui expliquerait, en partie, leur aptitude à fixer plus efficacement un plus large panel de xylanes des parois secondaires. (Figure 21) Par ailleurs, dans le cas des XBD 6, le ligand est généralement accommodé entre les structures en boucles connectant les deux feuillets β, contrairement aux XBD 22 et 4, où le site de fixation est localisé sur la face concave du jelly-roll. [135]

CBM 2b CBM 4 CBM 6 CBM 15 CBM 22

Figure 22 : Les différentes topographies des XBD (d’après [173]).

Les exemples de XBD représentés sont le CfCBM2b-1 de Xyn11A de C. fimi, le RmCBM4-2 de Xyn10A de R. marinus, le CtCBM6 de Xyn11A de C. thermocellum, le CjCBM15 de Xyn10C de C. japonicus et le CtCBM22-2 de Xyn10B de C. thermocellum. Les résidus impliqués dans le site de fixation sont indiqués en vert.

Tableau 8: Les principaux CBM associés aux xylanases de structure connue. ([165])

Famille Type Repliement Protéine Code PDB

CBM−2 B β−sandwich Xylanase 10A (Cellulomonas fimi) 1EXG B β−sandwich Xylanase 11A (Cellulomonas fimi) 2XBD B β−sandwich Xylanase 11A (Cellulomonas fimi) 1HEH CBM−4 B β−sandwich Xylanase 10A (Rhodothermus marinus) 1K45 CBM−6 B β−sandwich Xylanase 11A (Clostridium thermocellum) 1UXX

B β−sandwich Xylanase 11A (Clostridium stercorarium) 1NAE B β−sandwich Xylanase 11A (Clostridium stercorarium) 1UY4 CBM−9 C β−sandwich Xylanase 10A (Thermotoga maritima) 1I8A CBM−10 A Motif OB Xylanase 10A (Cellvibrio japonicus) 1QLD CBM−13 C β−trèfle Xylanase 10A (Streptomyces olivaceovidris) 1XYF C β−trèfle Xylanase 10A (Streptomyces lividans) 1MC9 CBM−15 B β−sandwich Xylanase 10C (Cellvibrio japonicus) 1GNY CBM−22 B β−sandwich Xylanase 10B (Clostridium thermocellum) 1DYO CBM−36 B β−sandwich Xylanase 43A (Paenibacillus polymyxa) 1UX7

B β−sandwich Xylanase 11J (Bacillus sp.) 2DCJ

IV.2. Les endoxylanases de la famille 10

La famille 10 des glycoside hydrolases est essentiellement constituée d’endo-β-1,4-xylanases (EC 3.2.1.8), mais aussi d’endo-β-1,3-xylanases (EC 3.2.1.32) et de cellobiohydrolases (EC 3.2.1.91).

Du point de vue de leur structure, les endo-β-1,4-xylanases de la famille 10 possèdent, en général, un domaine catalytique de poids moléculaire élevé et de faible pI avec un repliement tridimensionnel caractéristique en tonneau (β/α)8. (Figure 20) De nombreuses xylanases 10 possèdent également des CBM qui sont le plus souvent spécifiques au xylane (XBD).

(Tableau 8) La xylanase Xyn10C de Cellvibrio japonicus, par exemple, présente à son

extrémité N-terminale un XBD appartenant à la famille 15 des CBM (type B) et capable de fixer les xylanes solubles ainsi que les xylo-oligosaccharides (de DP > 4). [122, 168]

En accord avec leur mode d’action endo, le site actif des xylanases 10 est logé dans une crevasse longue pouvant accommoder de quatre à sept résidus xylose. [175] La catalyse enzymatique s’opère via un mécanisme avec rétention de la configuration anomérique faisant intervenir deux résidus glutamates. (Tableau 7)

Les endo-β-1,4-xylanases de la famille 10 se distinguent par le caractère versatile de leur catalyse, comparées aux xylanases de la famille 11. En effet, des études de spécificité de substrats ont montré qu’en plus des xylanes, les xylanases 10 sont également actives sur des substrats cellulosiques de faibles masses, notamment des aryl-cellobiosides et certains cello-oligosaccharides. [95, 176]

De même, les xylanases 10 sont capables de cliver les liaisons β-1,3 dans le rhodymenan (un β-1,3-β-1,4 xylane) et d’hydrolyser des xylanes et des xylo-oligosaccharides fortement ramifiés. [176, 177]