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Paenibacillus curdlanolyticus由来の新規AA10と、結晶性多糖類および複合多糖類に対するその相乗作用
A novel AA10 from Paenibacillus curdlanolyticus and its synergistic action on crystalline and complex polysaccharides.
PMID: 32651597 DOI: 10.1007/s00253-020-10758-x.
抄録
リグノセルロース系バイオマス中の複雑な多糖類の分解において重要な役割を果たしているのが、リチン化多糖モノオキシゲナーゼ（LPMO）である。本研究では、LPMOのファミリー10の補助活性（AA10）触媒ドメインと、ファミリー5の炭水化物結合モジュール、2つのフィブロネクチンタイプ3ドメイン、ファミリー3の炭水化物結合モジュールを含む非触媒ドメインからなるモジュール型LPMO（PcAA10A）を、組換え大腸菌で発現させたPaenibacillus curdlanolyticus B-6から特徴付けた。完全長PcAA10Aと触媒ドメインポリペプチド（PcAA10A_CD）の活性を比較すると、非触媒ドメインが未処理リグノセルロース系バイオマスに含まれる結晶性セルロースや複合多糖類の脱構築に重要であることが示された。興味深いことに、PcAA10A_CDはセルロースとキチンだけでなく、リグノセルロース系バイオマスに含まれるキシラン、マンナン、キシランとセルロースにも作用し、AA10ファミリーでは報告されていなかった。PcAA10A_CDの基質結合部位の主要残基であるサブサイト-2に位置するTrp51とサブサイト+2に位置するPhe171を変異させることで、これらの残基がキチンに対する効果は低いものの、セルロース、キシラン、マンナンに対する幅広い基質特異性に大きく関与していることが明らかになった。さらに、PcAA10Aは、P. curdlanolyticus B-6 エンドキシラナーゼXyn10DおよびClostridium thermocellum エンドグルカナーゼCel9Aによる未処理のトウモロコシ籾殻分解を促進する効果を有していた。これらの結果は、PcAA10A がリグノセルロース系バイオマスの分解を切断して促進することができるユニークな LPMO であることを示唆しており、バイオテクノロジーへの応用に適した候補であることを示している。PcAA10Aは、パエニバチルス・カルドランオリティカス（Paenibacillus curdlanolyticus）由来の新規LPMOファミリー10である。 PcAA10Aは、β-1,4グリコシドリンケージ基質に対して幅広い基質特異性を示した。 非触媒ドメインは、複雑な多糖類の分解に重要である。
Lytic polysaccharide monooxygenases (LPMOs) play an important role in the degradation of complex polysaccharides in lignocellulosic biomass. In the present study, we characterized a modular LPMO (PcAA10A), consisting of a family 10 auxiliary activity of LPMO (AA10) catalytic domain, and non-catalytic domains including a family 5 carbohydrate-binding module, two fibronectin type-3 domains, and a family 3 carbohydrate-binding module from Paenibacillus curdlanolyticus B-6, which was expressed in a recombinant Escherichia coli. Comparison of activities between full-length PcAA10A and the catalytic domain polypeptide (PcAA10A_CD) indicates that the non-catalytic domains are important for the deconstruction of crystalline cellulose and complex polysaccharides contained in untreated lignocellulosic biomass. Interestingly, PcAA10A_CD acted not only on cellulose and chitin, but also on xylan, mannan, and xylan and cellulose contained in lignocellulosic biomass, which has not been reported for the AA10 family. Mutation of the key residues, Trp51 located at subsite - 2 and Phe171 located at subsite +2, in the substrate-binding site of PcAA10A_CD revealed that these residues are substantially involved in broad substrate specificity toward cellulose, xylan, and mannan, albeit with a low effect toward chitin. Furthermore, PcAA10A had a boosting effect on untreated corn hull degradation by P. curdlanolyticus B-6 endo-xylanase Xyn10D and Clostridium thermocellum endo-glucanase Cel9A. These results suggest that PcAA10A is a unique LPMO capable of cleaving and enhancing lignocellulosic biomass degradation, making it a good candidate for biotechnological applications. KEY POINTS: • PcAA10A is a novel modular LPMO family 10 from Paenibacillus curdlanolyticus. • PcAA10A showed broad substrate specificity on β-1,4 glycosidic linkage substrates. • Non-catalytic domains are important for degrading complex polysaccharides. • PcAA10A is a unique LPMO capable of enhancing lignocellulosic biomass degradation.