1. Structural and biochemical characterization of the -N-acetylglucosaminidase from Thermotoga maritima: Toward rationalization of mechanistic knowledge in the GH73 family
- Author
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Didier Nurizzo, Mireille Hervé, Florence Vincent, Alexandra Lipski, Yves Bourne, Dominique Mengin-Lecreulx, Vincent Lombard, Bases moléculaires et structurales des systèmes infectieux (BMSSI), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de biochimie et biophysique moléculaire et cellulaire (IBBMC), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Architecture et fonction des macromolécules biologiques (AFMB), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), Enveloppes Bactériennes et Antibiotiques (ENVBAC), Département Microbiologie (Dpt Microbio), Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Institut de biologie et chimie des protéines [Lyon] (IBCP), Architecture et fonction des Macromolécules Biologiques - UMR 6098 (AFMB), Université de Provence - Aix-Marseille 1-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Bases moléculaires et structurales des systèmes infectieux ( BMSSI ), Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire des Enveloppes Bactériennes et Antibiotiques, IBBMC, UMR 8619 CNRS, Université Paris Sud, Orsay Cedex, France, Architecture et fonction des macromolécules biologiques ( AFMB ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Aix Marseille Université ( AMU ) -Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ), European Synchrotron Radiation Facility ( ESRF ), Enveloppes Bactériennes et Antibiotiques ( ENVBAC ), Département Microbiologie ( Dpt Microbio ), Institut de Biologie Intégrative de la Cellule ( I2BC ), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Institut de Biologie Intégrative de la Cellule ( I2BC ), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and European Synchroton Radiation Facility [Grenoble] (ESRF)
- Subjects
Molecular model ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,Molecular Sequence Data ,catalytic mechanism ,peptidoglycan ,Biochemistry ,chemistry.chemical_compound ,Bacterial Proteins ,Catalytic Domain ,Acetylglucosaminidase ,Hydrolase ,Thermotoga maritima ,[SDV.BBM]Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology ,Glycoside hydrolase ,Amino Acid Sequence ,[SDV.BBM.BC]Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Biochemistry [q-bio.BM] ,Phylogeny ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,[ SDV ] Life Sciences [q-bio] ,[SDV.BBM.BS]Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Structural Biology [q-bio.BM] ,biology ,Mutagenesis ,Active site ,[SDV.BBM.BM]Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Molecular biology ,biology.organism_classification ,[SDV.BBM.BP]Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Biophysics ,chemistry ,biology.protein ,β-N-acetylglucosaminidase ,X-ray structure ,Peptidoglycan ,Lysozyme - Abstract
International audience; Members of the GH73 glycosidase family cleave the β-1,4-glycosidic bond between the N-acetylglucosaminyl (GlcNAc) and N-acetylmuramyl (MurNAc) moieties in bacterial peptidoglycan. A catalytic mechanism has been proposed for members FlgJ, Auto, AcmA and Atl(WM) and the structural analysis of FlgJ and Auto revealed a conserved α/β fold reminiscent of the distantly related GH23 lysozyme. Comparison of the active site residues reveals variability in the nature of the catalytic general base suggesting two distinct catalytic mechanisms: an inverting mechanism involving two distant glutamate residues and a substrate-assisted mechanism involving anchimeric assistance by the C2-acetamido group of the GlcNAc moiety. Herein, we present the biochemical characterization and crystal structure of TM0633 from the hyperthermophilic bacterium Thermotoga maritima. TM0633 adopts the α/β fold of the family and displays β-N-acetylglucosaminidase activity on intact peptidoglycan sacculi. Site-directed mutagenesis identifies Glu34, Glu65 and Tyr118 as important residues for catalysis. A thorough bioinformatic analysis of the GH73 sequences identified five phylogenetic clusters. TM0633, FlgJ and Auto belong to a group of three clusters that conserve two carboxylate residues involved in a classical inverting acid-base mechanism. Members of the other two clusters lack a conserved catalytic general base supporting a substrate-assisted mechanism. Molecular modeling of representative members from each cluster suggests that variability in length of the β-hairpin region above the active site confers ligand-binding specificity and modulates the catalytic mechanisms within the GH73 family.
- Published
- 2014