Fonctions des CBMs

La fonction première des CBMs est de se fixer sur son ligand et ainsi de favoriser un

contact intime et prolongé entre le module catalytique et son substrat présent dans la paroi

végétale (Ferreira et al., 1993; Fontes et al., 1995; Tomme et al., 1988). En général, la

spécificité de ligand pour les CBMs bactériens reflète la nature des substrats hydrolysés par

les modules catalytiques (Black et al., 1995; Van Tilbeurgh et al., 1986). Le deuxième rôle

des CBMs est une fonction de ciblage. En conséquence, la concentration de l‟enzyme annexée

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à un CBM est augmentée à proximité du substrat (Bolam et al., 1998; Boraston et al., 2004;

Hall et al., 1995; Hervé et al., 2010). Le troisième rôle est un effet d‟avidité sur le substrat

(Boraston et al., 2002a). Ceci se caractérise par une liaison du CBM à son ligand en parallèle

de l‟affinité entre le module catalytique et son substrat. En conséquence, l‟affinité de

l‟enzyme va accroître l‟efficacité de l‟enzyme (Gilbert et al., 2013).

Certains CBMs pourraient avoir des fonctions additionnelles, comme la stabilisation

de l‟enzyme en augmentant sa thermostabilité (Fontes et al., 1995; Winterhalter et al., 1995;

Zverlov et al., 1996). Par exemple, le CBM de la xylanase de Streptomyces sp S27 et le linker

correspondant stabilisent la xylanase (Li et al., 2009).

En parallèle, le CBM46 de l‟enzyme BlCel5B de Bacillus licheniformis a été décrit comme

ayant une complémentarité avec le domaine catalytique pour fermer le site catalytique

(Liberato et al., 2016; Venditto et al., 2015). En effet, cette enzyme est composée de trois

domaines dont le CBM46 et la cellulase. Le domaine catalytique seul n‟a pas d‟activité,

l‟interaction CBM46-cellulase est indispensable pour la fermeture du site catalytique.

Une autre fonction relevée est la possibilité de perturber l‟interface entre le substrat et

les autres polysaccharides dans la paroi afin d‟isoler des chaînes simples de cellulose dans le

site actif du module catalytique (Din et al., 1994a; Gill et al., 1999; Irwin et al., 1998; Southall

et al., 1999; Tomme et al., 1996). Une enzyme située à côté d‟un CBM, qui possède des

fonctions de déstructuration pourrait avoir une hydrolyse facilitée des substrats récalcitrants,

ce qui confère un avantage sur les autres enzymes (Guillén et al., 2010). Ceci a été mis en

évidence avec le CBM de la famille 2a placé en position N-terminale de l‟endoglucanase

produite par C. fimi. Ce CBM semble favoriser la perturbation non catalytique de la structure

cristalline de la cellulose. L‟accès des enzymes puis leur activité sont donc augmentés, ce qui

améliore la capacité de dégradation de module catalytique (Din et al., 1994a, 1991). Un autre

exemple est celui du CBM33 (non lié à une enzyme dans la Nature) produit par Serratia

marcescens qui augmente la capacité des chitinases à dégrader des formes très cristallines de

chitine (Vaaje-Kolstad et al., 2005). Cependant, la perturbation du substrat n‟a été observée

que pour quelques CBMs et ne peut donc pas être généralisée à tous les CBMs (Din et al.,

1994a; Southall et al., 1999).

Il est probable que dans un contexte de parois cellulaires intactes, la possession d‟un CBM

dirigé contre la cellulose confèrerait un avantage sélectif pour de nombreuses enzymes

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dégradant des polysaccharides. Cet avantage peut permettre à l‟enzyme de rester dans un

contact intime avec les matériaux de la paroi cellulaire. Dans ce mécanisme, l‟enzyme est liée

à la paroi cellulaire par son CBM spécifique de la cellulose alors que le module catalytique est

capable d‟accéder à son substrat cible qui peut être en association avec les microfibrilles de

cellulose. Ainsi le CBM augmente fortement la concentration de l‟enzyme dans le voisinage

du substrat amenant à l‟augmentation observée de l‟hydrolyse du polysaccharide. Les CBMs

en diminuant les vitesses de diffusion, pourraient limiter l‟accessibilité des enzymes,

particulièrement quand tous les substrats disponibles ont été hydrolysés dans le voisinage du

CBM lié. Cependant, les CBMs dirigés contre la cellulose cristalline sont capables de diffuser

sur la surface des microfibrilles de cellulose (Jervis et al., 1997) ce qui permet à l‟enzyme

d‟accéder aux molécules substrats rapidement dans la paroi.

Il a également été démontré que les CBMs peuvent être impliqués dans la régulation

de l‟expression de gènes codant pour des enzymes cellulosomales. La présence de

polysaccharides extracellulaires est détectée par une protéine liée à un facteur RsgI-anti σ

situé à l‟intérieur de C. thermocellum. Le facteur anti σ

relargue le facteur σ

qui interagira

avec l‟ARN polymérase. Cette polymérase débutera alors la transcription des gènes codant

pour les enzymes cellulosomales qui pourront agir sur le substrat reconnu (Kahel-Raifer et al.,

2010). Ce modèle a été appuyé par des études de microcalorimétrie (Isothermal Titration

Calorimetry ou ITC en anglais) entre plusieurs facteurs σ

et les domaines RsgI-anti σ

correspondants (Nataf et al., 2010). Les résultats montrent une interaction spécifique entre ces

deux composés. Par ailleurs, après une étude des structures tridimensionnelles il a été

confirmé qu‟une partie des protéines impliquées lors de la première étape dans la

reconnaissance du substrat sont des CBMs de la famille 3 (Yaniv et al., 2014).

Les CBMs ont un impact sur la dégradation de la paroi de cellules végétales mais ils

peuvent également influencer d‟autres systèmes biologiques. Ainsi, certaines bactéries

pathogènes utilisent des enzymes ayant un CBM comme un facteur de virulence (Boraston et

al., 2006; van Bueren et al., 2007). Par exemple, la bactérie Streptococcus pneumoniae (S.

pneumoniae) est responsable de la pneumonie. Elle utilise des facteurs de virulences et

certains gènes codant pour des GHs putatives semblent participer à cette virulence (Hava and

Camilli, 2002). L‟équipe de Boraston (Boraston et al., 2006) a étudié les trois CBMs d‟une

GH98 potentiellement impliquée dans le système de virulence de S. pneumoniae. Ces CBMs

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provenaient de pullulanases de S. pneumoniae ou de Streptococcus pyogenes. Ils ont des

oligosaccharides fucosylés comme ligands. Par la suite, ils ont réalisé une étude

structure-fonction sur des CBMs dont le ligand est le glycogène (van Bueren et al., 2007). La

conclusion de ce travail est l‟identification de la cible des facteurs de virulence, qui

correspondrait aux glycogènes intracellulaires pulmonaires.