WO2011010062A1 - Porphyranases et leur utilisation pour hydrolyser des polysaccharides - Google Patents

Porphyranases et leur utilisation pour hydrolyser des polysaccharides Download PDF

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WO2011010062A1
WO2011010062A1 PCT/FR2010/051530 FR2010051530W WO2011010062A1 WO 2011010062 A1 WO2011010062 A1 WO 2011010062A1 FR 2010051530 W FR2010051530 W FR 2010051530W WO 2011010062 A1 WO2011010062 A1 WO 2011010062A1
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polypeptide
polysaccharides
seq
porphyran
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Application number
PCT/FR2010/051530
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English (en)
Inventor
Jan-Hendrik Hehemann
Gaëlle CORREC
Gurvan Michel
Tristan Barbeyron
William Helbert
Mirjam Czjzek
Original Assignee
Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S)
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Y—ENZYMES
    • C12Y302/00—Hydrolases acting on glycosyl compounds, i.e. glycosylases (3.2)
    • C12Y302/01—Glycosidases, i.e. enzymes hydrolysing O- and S-glycosyl compounds (3.2.1)
    • C12Y302/01178—Beta-porphyranase (3.2.1.178)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14—Hydrolases (3)
    • C12N9/24—Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2)
    • C12N9/2402—Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2) hydrolysing O- and S- glycosyl compounds (3.2.1)
    • C12N9/2468—Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2) hydrolysing O- and S- glycosyl compounds (3.2.1) acting on beta-galactose-glycoside bonds, e.g. carrageenases (3.2.1.83; 3.2.1.157); beta-agarase (3.2.1.81)

Definitions

  • the present invention relates to the isolation and characterization of two proteins having a new enzymatic activity, namely a porphyranase activity. These proteins are useful for hydrolyzing polysaccharides containing sulphated agaro-colloids and for producing oligo-porphyrans, especially oligo-porphyrans of defined size and structure.
  • Polysaccharides such as agars (agarose, porphyran, etc.) and carrageenans are very widely used as gelling agents or thickeners in various branches of activity, especially in the food and cosmetics industry. For example, around 6,000 tonnes of agar and 22,000 tonnes of carrageenan are extracted annually from marine red algae for agri-food purposes.
  • Agars are industrially produced from red algae of the genera Gelidium and Gracilaria.
  • the red seaweed Porphyra (known by the popular name of nori) is the most consumed seaweed in the world. Annual production is estimated at 90000 tonnes / year (dry weight), representing a market of approximately 1.5 billion US dollars.
  • enoxaparin which is marketed for the treatment of thromboembolic disorders, is a mixture of sulfated polysaccharide chains of varying lengths and formed of recurrent disaccharic units.
  • certain sulfated polysaccharides and oligosaccharides such as sulfated oligo-fucans produced from algal polysaccharides, are useful as anti-microbial and / or antiviral agents in humans (Ghosh et al., 2009 Glycobiology. : 2-15).
  • Agaro-colloids are complex polysaccharides. Some species of algae contain a given agaro-colloid as the major compound, such as the alga Porphyra, which contains as main constituent the agaro-colloid called porphyran. By abuse of language, polysaccharides extracted from red algae are sometimes also called porphyran, while it is actually a mixture of agarose and porphyran, porphyran being the majority compound.
  • the basic disaccharide unit forming the porphyran is constituted by a D-galactose unit (unit G, see FIG. 1) linked in ⁇ -1, 4 with an O-sulphated L-galactose unit at position 06 ( L6S unit, see Figure 1).
  • the disaccharide units are then connected together by ⁇ -1, 3 linkages.
  • This sulfated polysaccharide is commonly regarded as the precursor of agarose.
  • other chemical modifications such as methylation, give rise to even more variations of this basic structure. These chemical modifications have the consequence of modulating the gelling character of the polymer.
  • ⁇ -agarases act on the ⁇ -1,4 linkage (Jam et al., Biochem J. 2005 385: 703-13) and ⁇ -agarases on the ⁇ -1,3 linkage (Flament et al., Appl Environ Microbiol. 2007 73: 4691 -94) of the disaccharide agarose unit, and these enzymes are specific for unsubstituted or unmodified units.
  • the first fully biochemically and structurally characterized ⁇ -agarases are produced by a bacterial strain isolated from the red alga Delesseria sanguinea (Jam et al., Biochem J. 2005 385: 703-13, Allouch et al., J. Biol. Chem 2003, 278: 47171-80).
  • This bacterial strain was deposited in the DSMZ Collection (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH) on May 8, 1998 under the number DSM 12170.
  • the taxonomic identification of this strain shows that it defines a new genus in the class of Flavobacteria and its characterization has earned it the name Zobellia galactanivorans (Barbeyron et al., J.
  • porphyranases By abuse of language, some enzymes capable of degrading polysaccharides extracted from red algae containing porphyran have been incorrectly called porphyranases in the scientific literature.
  • Aoki et al. (2002 Marine and Highland Bioscience Center Report, 14: 33-41) describe the cloning of a gene encoding a so-called Pseudomonas sp. ND 137.
  • Pseudomonas sp. ND 137 the fact that the corresponding protein degrades porphyran has never been demonstrated, and its strong sequence identity (40%) with Pseudomonas spar agarase.
  • CY24 proves the opposite.
  • the sequence of the protein cloned by Aoki et al. is annotated as agarase and not as porphyranase in entry BAB79291.1 of the NCBI database.
  • porphyran (oligo-porphyran) degradation products have been obtained by chemical hydrolysis (Zhao et al., 2006, Biol Macromol.
  • the inventors have isolated and characterized the first two porphyranases described to date. Although belonging to the GH16 family of glycoside hydrolases, they possess less than 26% sequence identity with other members of this family present in Z. galactanivorans.
  • PorA and PorB were cloned from Z. galactanivorans. PorA and PorB are represented by the sequences SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 5 respectively. The catalytic domain of PorA is 26.9% identical to that of PorB.
  • PorA and PorB proteins have been shown to possess ⁇ -porphyranase activity, and lack agarase activity. An enzyme with such enzymatic activity had never been described before.
  • PorA and PorB proteins can be used to hydrolyze porphyran and make it possible to obtain oligosaccharides of defined structure and size. More particularly, PorA and PorB proteins can be used to hydrolyze porphyran and make it possible to obtain oligosaccharides of defined structure and size. More particularly, PorA and PorB proteins can be used to hydrolyze porphyran and make it possible to obtain oligosaccharides of defined structure and size. More particularly, PorA and
  • PorB makes it possible to obtain homogeneous mixtures of neo-porphyrobiose, nephospyrotetraose and / or neoporphyrohexaose.
  • the present invention relates to an isolated polypeptide characterized in that it has a porphyranase activity.
  • polypeptide means a molecule comprising a linear chain of amino acids linked to each other by peptide bonds.
  • isolated polypeptide or nucleic acid
  • isolated polypeptide or nucleic acid is meant herein a polypeptide (or nucleic acid) isolated from the organism or microorganism in which said polypeptide (or nucleic acid) is naturally present.
  • the polypeptide or nucleic acid is in isolated and purified form.
  • the isolated polypeptide is a recombinant polypeptide.
  • porphyran is meant here the molecule consisting of a chain of disaccharide units consisting of a ⁇ -1,4-linked D-galactose unit with an O-sulphated L-galactose unit at the 06 position. .
  • porphyranase activity is meant here the ability to catalyze the hydrolysis of porphyran. More particularly, the porphyranase activity of the polypeptides according to the invention consists of a ⁇ -porphyranase activity, that is to say the capacity to catalyze the cleavage of the ⁇ -1, 4 linkages between the D-galactose unit.
  • the porphyranase activity can for example be measured by performing kinetics of the porphyran digestion. Such kinetics may for example be carried out as described in Example 3. More particularly, a solution containing 1% (w / v) of polysaccharide previously digested with a ⁇ -agarase may be used. For example, 50 ml of the polysaccharide solution may be incubated at 30 ° C. with 6 ⁇ g of enzyme. Aliquots can be taken throughout the hydrolysis until complete hydrolysis is achieved. The porphyran digestion with a porphyranase leads to the production of oligo-porphyrans.
  • the polypeptides according to the invention are preferably devoid of agarase activity.
  • these polypeptides specifically catalyze the hydrolysis of sulfated polysaccharides.
  • the absence of agarase activity can easily be measured, for example on a gel comprising 1% agarose (see Figure 2). 1 ⁇ g of enzyme may for example be deposited on such a gel. After overnight incubation at 30 ° C, the agarase activity can be revealed by lugol staining.
  • polypeptide according to the invention comprises or consists of a sequence chosen from:
  • polypeptides according to the invention also include polypeptides derived from PorA and PorB proteins of sequence SEQ ID NO: 2 or 5, it being understood that these derived polypeptides retain the porphyranase activity.
  • Such derivative polypeptides comprise or consist of a sequence selected from: a) a sequence at least 26, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 95, 96, 97, 98 or 99% identical to the residues:
  • sequence at least 95% (for example) identical to a reference sequence is meant a sequence identical to the reference sequence except that this sequence may comprise up to five point mutations (substitutions, deletions and / or insertions) for each 100 amino acid portion of the reference sequence.
  • sequences 95% identical to the reference sequence are two examples of sequences 95% identical to the reference sequence.
  • the percentage of identity is usually determined using sequence analysis software.
  • the "needle” program which uses the “Needleman-Wunsch” global alignment algorithm to find the optimal alignment (with gaps) of two sequences over their entire length, can for example be used. This program is available on the ebi.ac.uk website.
  • the derived polypeptides may differ from the reference sequence (in this case the sequence SEQ ID NO: 2 or 4 or one of its fragments) by the presence of mutations of deletion, insertion and / or amino acid substitution type. .
  • the substitutions may be conservative or non-conservative.
  • the derived polypeptides differ from the reference sequence solely by the presence of conservative substitutions.
  • Conservative substitutions are amino acid substitutions of the same class, such as amino acid substitutions to uncharged side chains (such as asparagine, glutamine, serine, cysteine, and tyrosine), amino acids with basic side chains (such as lysine, arginine, and histidine), amino acids with acid side chains (such as aspartic acid and glutamic acid), chain amino acids apolar side effects (such as alanine, valine, leucine, isoleucine, proline, phenylalanine, methionine and tryptophan).
  • the derived polypeptides may also correspond to allelic variants of the PorA or PorB proteins of sequence SEQ ID NO: 2 or 4, to proteins homologous to PorA and PorB in species other than Zobellia galactanivorans, or to fragments of such allelic variants. or homologous proteins that retain the porphyranase activity.
  • the polypeptides according to the invention comprise a signal peptide.
  • a signal peptide may be the native signal peptide of the protein (ie residues 1 to 18 of SEQ ID NO: 2 for PorA, and residues 1 to 21 of SEQ ID NO: 5 for PorB).
  • the signal peptide can be a PorA or PorB heterologous signal peptide, for example a signal peptide. suitable for expression of mature PorA or PorB protein in a given host cell.
  • sequences SEQ ID Nos: 2, 3, 5 and 6 are examples of polypeptides according to the invention comprising either a native signal peptide (SEQ ID Nos: 2 and 5) or a heterologous signal peptide (SEQ ID Nos: 3 and 6).
  • polypeptides according to the invention may be prepared by purification from their original organism or microorganism, by chemical synthesis or by genetic engineering, and this using the techniques well known to those skilled in the art.
  • the polypeptides according to the invention are obtained by genetic engineering.
  • the present invention also relates to an isolated nucleic acid encoding a polypeptide according to the invention.
  • This polypeptide according to the invention may correspond to any of the porphyranases described in the preceding paragraph.
  • nucleic acid refers to both DNA molecules and RNA molecules, and includes especially cDNA molecules and mRNA molecules.
  • the nucleic acid may be in double-stranded form (for example in the case of a nucleic acid included in an expression vector) or in single-stranded form (for example in the case of probes or primers).
  • nucleic acid according to the invention may comprise or consist of a sequence chosen from:
  • nucleic acid according to the invention may also comprise or consist of sequences derived from the sequences SEQ ID NO: 1 or 4.
  • Derived nucleic acids include nucleic acids whose sequences comprise or consist of a sequence chosen from:
  • nucleotide sequence a fragment of at least 60, 150, 300, 450, 600 or 750 consecutive nucleotides of a nucleotide sequence:
  • the percent identity between two nucleotide sequences is determined in the same manner as the percent identity between two amino acid sequences.
  • high stringency conditions are conditions known to those skilled in the art, and may, for example, correspond to hybridization conditions on DNA bound to a filter in 5X sodium citrate saline (SSC) buffer, dodecyl sulphate. sodium (SDS) 2%, 100 micrograms / mL of single-stranded DNA, at 55-65 ° C for 8 hours, and wash in 0.2X SSC and 0.2% SDS at 60-65 ° C for 30 minutes .
  • SSC sodium citrate saline
  • SDS dodecyl sulphate. sodium
  • Derived nucleic acid sequences may include mutations such as nucleotide substitutions, deletions, and / or insertions.
  • the substitutions can either be silent or lead to mutations at the level of the protein encoded by the nucleic acid.
  • the substitutions, deletions and / or insertions at the level of the nucleotide sequence do not lead to a change of reading phase, nor to the introduction of a stop codon.
  • the derived nucleic acid is a nucleic acid encoding the mature or complete PorA protein of sequence SEQ ID NO: 2, for the mature or complete PorB protein of sequence SEQ ID NO: 5, or for fragments of these retaining the porphyranase activity, but whose nucleotide sequence differs from the sequence SEQ ID NO: 1 or 4 due to the degeneracy of the genetic code and / or because of an allelic variation.
  • Another particular preferred embodiment relates to nucleic acids encoding PorA or PorB homologous proteins in species other than Zobellia galactanivorans, or fragments thereof retaining porphyranase activity.
  • probes and nucleotide primers comprising or consisting of a fragment of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 4.
  • Such probes and primers may for example comprise or consist of 15 to 50 nucleotides consecutive, preferably 18 to 35 consecutive nucleotides, of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 4.
  • Such probes and primers do not encode a polypeptide according to the invention but are useful for cloning, sequencing and / or detection of nucleic acids according to the invention.
  • the probes may optionally be labeled, for example by means of a radioactive marker or a fluorophore.
  • the probes and primers may comprise, in addition to a fragment of the sequence SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 4, a heterologous sequence such as the sequence of a restriction site or a linker sequence to a marker.
  • the nucleic acids according to the invention may be prepared by chemical synthesis or by genetic engineering using techniques well known to those skilled in the art and described, inter alia, in Sambrook et al. ("Molecular Cloning: a Laboratory Manual” Ed. Co Spring Harbor Press, N.Y., 1989).
  • the nucleic acids according to the invention can for example be obtained by amplification of the Zobellia galactanivorans genes using the PCR (Polymerase Chain Reaction) method, as described in Example 1.
  • the nucleic acid fragment thus amplified can then be cloned into an expression vector according to the techniques described in Maniatis. ("Molecular Cloning, A Laboratory Manual” New York, 1982) and / or in Example 1.
  • the invention also relates to expression vectors comprising a nucleic acid according to the invention.
  • These expression vectors which may for example be plasmids, comprise, in addition to the nucleic acid sequence according to the invention, the means necessary for its expression. These means may for example include a promoter and a transcription terminator.
  • the vector expression may also comprise other elements such as an origin of replication, a multiple cloning site, an enhancer, a signal peptide which can be fused in phase with the polypeptide of the invention during cloning, and one or several selection markers.
  • Another aspect of the invention relates to a host cell transformed with an expression vector or a nucleic acid according to the invention.
  • the host cell may be a prokaryotic cell or a eukaryotic cell.
  • Host cells commonly used for the expression of recombinant cells include, in particular, cells of bacteria such as Escherichia coli, yeast cells such as Saccharomyces cerevisiae, fungus cells such as Aspergillus niger, insect cells, and cells. mammals (especially human) such as cell lines CHO, HEK 293, PER-C6, etc.
  • Transformation of prokaryotic cells and eukaryotic cells is a technique well known to those skilled in the art. Depending on the cell to be transformed, those skilled in the art can easily determine the means necessary for the introduction and expression of the nucleic acid according to the invention in the chosen host cell. Thus, the expression vector and the method of introducing the expression vector into the host cell will be selected according to the chosen host cell.
  • the host cell transformed with an expression vector or a nucleic acid according to the invention preferably expresses the polypeptide according to the invention in a stable manner.
  • Those skilled in the art can easily verify that the host cell expresses the polypeptide according to the invention in a stable manner, for example using the Western Blot technique.
  • the host cells according to the invention are especially useful for producing polypeptides according to the invention.
  • the invention therefore relates to a method for producing a polypeptide according to the invention comprising the step of cultivating a host cell according to the invention under conditions permitting the expression of said polypeptide according to the invention.
  • This method may further comprise a step of purifying said polypeptide according to the invention.
  • the cultivation and purification steps may for example be carried out as described in Example 2.
  • PorA and PorB enzymes can be used to hydrolyze porphyran, and make it possible to obtain oligosaccharides of defined structure and size. More particularly, the hydrolysis of the porphyran by PorA and PorB makes it possible to obtain oligoporphyrrans, in particular neo-porphyrobiose, neoporphyrotetraose and / or neo-porphyrohexaose.
  • One aspect of the invention therefore relates to the use of a polypeptide according to the invention for hydrolyzing polysaccharides and / or for producing oligosaccharides.
  • the polysaccharides used in the context of this method are polysaccharides capable of containing sulphated polysaccharides, which may or may not be the major component of said polysaccharide.
  • the polysaccharides used in the context of this method comprise or consist of porphyran.
  • the polysaccharides used in the context of this method may comprise or consist of a polysaccharide other than porphyran but consisting at least in part of disaccharide units consisting of a ⁇ -1,4-linked D-galactose unit with an L unit. -galactose modified by O-sulfation on position 06.
  • Such polysaccharides are present in marine plants. They may for example be obtained from marine plants, and in particular from red algae, using extraction protocols well known to those skilled in the art, such as the technique described in Morrice et al. (Eur J Biochem 1983 133: 673-84). They may optionally be separated from other possible components by liquid chromatography methods.
  • the invention relates to the use of a polypeptide according to the invention for hydrolyzing porphyran and / or for producing oligo-porphyrans, in particular neo-porphyrobiose, neoporphyrotetraose and / or neo-porphyran. -porphyrohexaose.
  • the invention also relates to a method for hydrolyzing polysaccharides and / or producing oligosaccharides comprising the following steps: a) providing a polypeptide according to the invention or a host cell according to the invention; and
  • the method for hydrolyzing polysaccharides and / or oligosaccharides production according to the invention consists of a hydrolysis method of porphyran and / or for the production of oligo-porphyranes, especially neo-porphyrobiose, neo-porphyrotetraose and / or neo-porphyrohexaose.
  • the conditions for obtaining hydrolysed polysaccharides can easily be determined by those skilled in the art. For example, the conditions described in Example 3 can be used.
  • the polypeptide or host cell may be contacted with the polysaccharide at a temperature of 30 ° C.
  • polypeptide may for example be added to 50 ml of a solution containing 1% (w / v) of polysaccharide.
  • the incubation time will be adjusted depending on the hydrolyzed polysaccharide that is desired.
  • the incubation may for example last about or at least 6, 10 or 14 hours.
  • oligosaccharides as a function of the incubation period: neo-porphyrobiose, neoporphyrotetraose and / or neo-porphyrohexaose.
  • the method according to the invention may optionally comprise a step (c) of purification of said hydrolysed polysaccharides.
  • the techniques for purifying hydrolysed polysaccharides are well known to those skilled in the art.
  • the purification may for example be carried out by exclusion chromatography, as described in Example 4.
  • the sample containing the oligosaccharides may, for example, be eluted with 50 mM ammonium carbonate at a rate of 1.5 mL / min. for 650 minutes.
  • the hydrolyzed polysaccharides obtained by the method according to the invention have an average molecular weight (M w) less than or equal to 5800, 5500, 5000, 4500, 4000, 3500 or 3000 Da, still preferably less than or equal to 5800 Da.
  • M w average molecular weight
  • the hydrolysed polysaccharides obtained by the method according to the invention have a molecular weight of less than 1270, 1170, 850, 750 or 425 Da, for example about 1261, 04, 1,163.97, 840.69, 743.62 or 420,344. da.
  • the hydrolyzed polysaccharides obtained by the method according to the invention comprise at least 25%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% or 99% of one or more oligo-porphyranes selected from neo-porphyrobiose, neo-porphyrotetraose and neo-porphyrohexaose.
  • neo-porphyrobiose is meant the disaccharide unit of porphyran (which is shown in FIG. 1).
  • neo-porphyrotetraose is meant a sequence of two disaccharide units of the porphyran.
  • neo-porphyrohexaose is meant a sequence of three disaccharide units of the porphyran.
  • the polysaccharides thus hydrolyzed and purified can then be formulated into an agrifood, cosmetic or pharmaceutical composition.
  • the invention also relates to the hydrolysed polysaccharides, in particular the oligo-porphyrans, in particular neo-porphyrobiose, neopporphyrotetraose and / or neo-porphyrohexaose, which can be obtained by the method according to the invention. and on agrifood, cosmetic and pharmaceutical compositions containing such hydrolysed polysaccharides.
  • Figure 1 Schematic presentation of disaccharide units of agarose and porphyran.
  • FIG. 2 Enzymatic activity of porphyranases A and B.
  • the porphyran has previously been digested with a ⁇ -agarase, and therefore contains only disaccharide units of the porphyran type.
  • the lines show the digestion kinetics of PorA_CM (1), PorB (2), agaA (3) and agaB (4) of Z galactanivorans.
  • FIG. 3 HPLC analysis of porphyran degradation products obtained with the enzyme PorA.
  • DP2, DP4 and DP6 denote di-, tetra- and hexasaccharides, which were then analyzed by NMR.
  • Figure 4 1 H-NMR Spectrum neo-porphyro-bi-, tetra- and hexaoses, obtained with the enzyme PorA.
  • Figures 5 and 6 Sequence alignment between PorA and PorB. The arrow indicates the C-terminus of PorA_CM. DESCRIPTION OF THE SEQUENCES OF THE SEQUENCE LISTING
  • SEQ ID NO: 1 represents the nucleotide sequence of porphyranase A.
  • SEQ ID NO: 2 represents the protein sequence of porphyranase A.
  • SEQ ID NO: 3 represents the protein sequence of the recombinant porphyranase A produced in Example 2.
  • SEQ ID NO: 4 represents the nucleotide sequence of porphyranase B.
  • SEQ ID NO: 5 represents the protein sequence of porphyranase B.
  • SEQ ID NO: 6 represents the protein sequence of the recombinant porphyranase B produced in Example 2.
  • SEQ ID Nos: 7 to 10 represent primers suitable for cloning the genes encoding porphyranase A and porphyranase B.
  • the open reading frames encoding the PorA and PorB enzymes were constructed on the basis of the genome sequences of Z. galactanivorans.
  • the target genes were amplified in parallel by PCR, starting from the genomic DNA material of Z galactanivorans, with 5 'and 3' primers as shown in Table 1 below.
  • Table 1 Sequence of the primers for the cloning of PorA_CM and PorB, calculated to obtain a Tm of -70 ° C.
  • PorA_CM The entire ⁇ -Porphyranase A gene (containing the catalytic domain and both domains resembling substrate binding modules) was truncated to produce a recombinant protein containing only the catalytic domain (residues 19-275), which will be called subsequently PorA_CM.
  • PorB whose sequence indicates a single module belonging in its entirety to the GH16 family, has been cloned integrally to obtain the active recombinant protein.
  • the products of the PCR amplification were then purified with the Qiaquick PCR kit and eluted with 50 ⁇ l of H 2 O.
  • the purified PCR products were in turn digested for three hours at 37 ° C. with the restriction enzyme mixture. BglII / EcoRI in their respective buffers (NEB2 and BioLabs). After digestion, the products were purified with the Qiaquick PCR kit and then eluted with 25 ⁇ l of H 2 O.
  • the PCR products were ligated with the vector PFO4 (derived from the vector pET15), previously dephosphorylated and digested with the enzymes of adequate restrictions. This ligation procedure was performed with T4 DNA Ligase at 4 ° C overnight.
  • E. coli cells (strain DH5 ⁇ ), made chemically competent, were used. For this, the cells were put on an ice, water and NaCl mixture for 30 minutes, and then were incubated for 30 minutes with the mixture resulting from the ligation. The transformation was carried out by applying a heat shock for 45 sec to 42 ° C, then the cells were put back into the ice, water and NaCl mixture for 30 minutes.
  • PorA_CM and PorB were overexpressed in E. coli cells
  • the proteins were concentrated by ultrafiltration on an Amicon membrane (polyethersulfone, size limit 30 kDa), in order to obtain a final volume of approximately 5 ml.
  • a second purification step was then performed on a Sephacryl S-200 column (GE Healthcare) pre-equilibrated with buffer C (20 mM Tris pH 8, 4% (v / v) Glycerol for PorA_CM, and 20 mM Tris for PorB) at a rate of 1 ml min -1 All fractions containing the pure protein (as analyzed by SDS-PAGE) were added and concentrated by filtration / centrifugation (Amicon, size limit 10 kDa) to 2.6 mg / ml for PorA_CM and about 8 mg / ml for PorB All chromatography procedures were performed with an AKTA Explorer (GE Healthcare) system at room temperature.
  • Example 3 Enzymatic Degradation of the Porphyran
  • a solution containing 1% (w / v) of the polysaccharide was used for the enzymatic hydrolysis with porphyranases A and B.
  • a total of 50 ml of the polysaccharide solution was incubated with 6 ⁇ g of enzyme at 30 ° C. a night. Aliquots were taken throughout the hydrolysis until complete hydrolysis was achieved (approximately 14 hours).
  • the solution was heated at 96 ° C for 30 min to inactivate any residual activity of the enzyme.
  • the solution was then centrifuged for 20 min at 5000g and 4 ° C and the supernatant was filtered with 0.2 ⁇ m Millipore syringe filters.
  • the digested polysaccharide was frozen at -80 ° C and freeze-dried.
  • the aliquots were analyzed by the method of detection of reducing sugars by mixing 10 .mu.l of protein aliquot with 90 .mu.l of water (10x dilution) and then with 1 ml of the ferricyanide solution (300 mg potassium hexocyanoferrate III, 29 Na 2 CO 3, 1 mL 5 M NaOH, made up to 1 L with water). The mixture was heated at 100 ° C for 15 minutes and then cooled to room temperature to read the absorbance at 420 nm.
  • the ferricyanide solution 300 mg potassium hexocyanoferrate III, 29 Na 2 CO 3, 1 mL 5 M NaOH, made up to 1 L with water.
  • oligo-porphyrans The purification of the oligo-porphyrans was carried out by preparative exclusion chromatography with three columns of Superdex 30 (26/60) from GE HealthCare in series, integrated on a system HPLC System injector / liquid collector (Gilson). Oligosaccharides were detected by their refractive index (Spectra System RI-50 detector) and data integration (Gilson and refraction detector) by Unipoint software (Gilson).
  • the frozen and freeze-dried polysaccharide digestion product was dissolved in demineralized water to obtain a 4% (w / v) solution. After filtration through a 0.45 ⁇ m porous membrane, 4 ml of the sample was injected and then eluted with 5 mM ammonium carbonate [(NH 4 ) 2 CO 3 ] at a rate of 1.5 ml / min for 650 minutes.
  • the oligosaccharide fractions were collected and directly analyzed by HPLC. According to this method, it is possible to prepare oligosaccharides composed solely of the porphyran repeating unit or hybrid oligosaccharides containing porphyran units associated with agarose units.
  • Sequencing of the complete genome of the bacterium Zobellia galactanivorans was carried out. Sequencing identified sixteen genes belonging to the GH16 family of glycoside hydrolases. Of these sixteen genes, the genes encoding ⁇ -carrageenase CgkA and ⁇ -agarases AgaA and AgaB are already known and characterized (Barbeyron et al., Mol Biol Evol, 1998 15: 528-37, Jam et al., Biochem J. 2005 385: 703-13, Allouch et al J Biol Chem 2003 278: 47171-80).
  • PorA and PorB Two other genes belonging to the GH16 family of glycoside hydrolases were cloned as set forth in Example 1 above. These genes, called porA and porB, code for proteins called PorA and PorB respectively.
  • the PorA protein is composed of 510 amino acids and has a theoretical molecular weight of 57.31 1 kDa. After removal of the signal peptide, this protein has a calculated molecular mass of 55.193 kDa.
  • the PorB protein is composed of 293 amino acids. After removal of the signal peptide, this protein has a theoretical molecular mass of 31.271 kDa.
  • Table 2 Sequence identity matrix between catalytic modules of certain glycoside hydrolases of the GH 16 family of Zobellia galactanivorans.
  • PorA and PorB proteins were overexpressed in Escherichia coli as discussed in Example 2.
  • NMR NMR (Example 4) demonstrates that PorA and PorB enzymes specifically hydrolyze porphyran and cleave ⁇ -1, 4 linkages between D-galactose units and sulfated L-galactose units at position 6. Sulfation is necessary for the activity. of the enzyme and is exclusive with respect to ⁇ -agarase activities, as shown by PorA and PorB activity on porphyran predigested by a ⁇ -agarase (FIG. 2B).
  • PorA and PorB proteins are the first ⁇ -porphyranases described to date.

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Abstract

La présente invention concerne l'isolation et la caractérisation de deux protéines ayant une nouvelle activité enzymatique, à savoir une activité porphyranase. Ces protéines sont utiles pour hydrolyser des polysaccharides contenant des agaro-colloïdes sulfatés et pour produire des oligo-porphyranes, notamment des oligo-porphyranes de structure et de taille définie.

Description

PORPHYRANASES
ET LEUR UTILISATION POUR HYDROLYSER DES POLYSACCHARIDES
La présente invention concerne l'isolation et la caractérisation de deux protéines ayant une nouvelle activité enzymatique, à savoir une activité porphyranase. Ces protéines sont utiles pour hydrolyser des polysaccharides contenant des agaro-colloïdes sulfatés et pour produire des oligo-porphyranes, notamment des oligo-porphyranes de structure et de taille définie. Les polysaccharides tels que les agars (agarose, porphyrane, etc.) et les carraghénanes sont très largement utilisés en tant qu'agents gélifiants ou épaississants dans diverses branches d'activité, notamment dans l'industrie agroalimentaire et cosmétique. Ainsi, environ 6000 tonnes d'agars et 22 000 tonnes de carraghénanes sont extraits annuellement des algues rouges marines à des fins agro-alimentaires. Les agars sont produits industriellement à partir des algues rouges des genres Gelidium et Gracilaria. Par ailleurs, l'algue rouge Porphyra (connue sous le nom populaire de nori) est l'algue la plus consommée dans le monde. La production annuelle est estimée à 90000 tonnes/an (poids sec), représentant un marché d'environ 1 ,5 milliard de dollars américains.
Les polysaccharides et leurs dérivés présentent également un intérêt dans le domaine thérapeutique. Ainsi, l'énoxaparine (Lovenox®), lequel est commercialisé pour le traitement de troubles thromboemboliques, est un mélange de chaînes de polysaccharides sulfatés de longueurs variables et formées d'unités disacchariques récurrentes. Par ailleurs, certains polysaccharides et oligosaccharides sulfatés, tels que les oligo-fucanes sulfatés produits à partir de polysaccharides algaux, sont utiles en tant qu'agents anti-microbiens et/ou antiviraux chez l'homme (Ghosh ét al. 2009 Glycobiology. 19:2-15).
Les agaro-colloïdes sont des polysaccharides complexes. Certaines espèces d'algues contiennent un agaro-colloïde donné comme composé majoritaire, comme par exemple l'algue Porphyra, qui contient comme constituant principal l'agaro-colloïde dénommé porphyrane. Par abus de langage, les polysaccharides extraits d'algues rouges sont parfois également dénommés porphyrane, alors qu'il s'agit en fait d'un mélange d'agarose et de porphyrane, le porphyrane étant le composé majoritaire.
L'unité disaccharidique de base formant le porphyrane est constitué d'une unité D-galactose (unité G, voir Figure 1 ) lié en β-1 ,4 avec une unité L-galactose modifiée par une O-sulfatation sur la position 06 (unité L6S, voir Figure 1 ). Les unités disaccharides sont ensuite connectées entre elles par des liaisons α-1 ,3. Ce polysaccharide sulfaté est communément considéré comme le précurseur de l'agarose. En milieu naturel, d'autres modifications chimiques, comme la méthylation, donnent lieu à encore plus de variations de cette structure de base. Ces modifications chimiques ont pour conséquence de moduler le caractère gélifiant du polymère.
Jusqu'à présent, on connaît et utilise principalement des enzymes capables de dégrader les agars : les α-agarases et les β-agarases. Les β-agarases agissent sur la liaison β-1 ,4 (Jam et al. Biochem J. 2005 385 :703-13) et les α-agarases sur la liaison α-1 ,3 (Flament et al. Appl Environ Microbiol. 2007 73:4691 -94) de l'unité disaccharidique agarose, et ces enzymes sont spécifiques des unités non substituées ou non modifiées. En effet, il existe de nombreuses bactéries, essentiellement marines, qui produisent des enzymes capables d'hydrolyser les agars (Michel et al., Appl Microbiol Biotechnol. 2006 71 :23-33). A partir de ces microorganismes, plusieurs gènes de β-agarases ont déjà été clones et les protéines correspondantes surexprimées et purifiées.
Plus particulièrement, les premières β-agarases pleinement caractérisées biochimiquement et structuralement sont produites par une souche bactérienne isolée à partir de l'algue rouge Delesseria sanguinea (Jam et al. Biochem J. 2005 385 :703-13, Allouch et al. J Biol Chem. 2003 278:47171 -80). Cette souche bactérienne a été déposée à la Collection DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH) le 8 mai 1998 sous le numéro DSM 12170. L'identification taxonomique de cette souche montre qu'elle définit un nouveau genre dans la classe des Flavobactéries et sa caractérisation lui a valu le nom de Zobellia galactanivorans (Barbeyron et al. lnt J Syst Evol Microbiol. 2001 51 :985-97). La K-carraghénase de cette bactérie marine a également été clonée et caractérisée (Barbeyron ét al. Mol Biol Evol. 1998 15:528-37). En revanche, aucune enzyme spécifique des polysaccharides sulfatés tels que le porphyrane n'a encore été décrite à ce jour.
Par abus de langage, certaines enzymes capables de dégrader des polysaccharides extraits d'algues rouges contenant du porphyrane ont été incorrectement dénommées porphyranases dans la littérature scientifique.
Cependant, ces enzymes possèdent en fait une activité agarase, et dégradent les agars présents dans les polysaccharides extraits d'algues rouges.
Ainsi, Lee et al. (2006 Annual Meeting and International Symposium of the Korean Society for Microbiology and Biotechnology) décrivent le clonage et le séquençage d'une enzyme de Vibrio pelagius, laquelle est dénommée porphyranase. Cependant, cette enzyme hydrolyse des liaisons β-1 ,4 D- galactosidiques, et conduit à l'obtention d'oligo-agaroses tels que le néoagarotetraose, le néoagarohexaose et le néoagarooctaose. Elle possède donc une activité agarase et non une activité porphyranase.
De façon similaire, Hatada et al. (2006 J. Agric. Food Chem. 54 :9895-
9900) mentionnent les β-agarases et indiquent que celles-ci auraient une activité « porphyranase ». Cependant ces enzymes sont décrites comme capables d'hydrolyser les liaisons β-1 ,4 D-galactosidiques et de conduire à l'obtention d'oligomères d'agarose. Ces enzymes sont donc bien des agarases et non pas des porphyranases.
De même, Aoki ét al. (2002 Marine and Highland Bioscience Center Report, 14 :33-41 ) décrivent le clonage d'un gène codant pour une soi-disant porphyranase de Pseudomonas sp. ND 137. Cependant, le fait que la protéine correspondante dégrade le porphyrane n'a jamais été démontré, et sa forte identité de séquence (40%) avec l 'agarase de Pseudomonas sp. CY24 prouve le contraire. De fait, la séquence de la protéine clonée par Aoki et al. est annotée en tant qu'agarase et non en tant que porphyranase dans l'entrée n° BAB79291.1 de la base de donnée de NCBI.
Certains produits de dégradation du porphyrane (oligo-porphyranes) ont pu être obtenus par hydrolyse chimique (Zhao et al. 2006 lnt J Biol Macromol. 38:45-
50). Ce procédé conduit toutefois à l'obtention d'un mélange très hétérogène d'oligo-porphyranes. De plus, l'hydrolyse est incomplète et le poids moléculaire moyen du mélange obtenu reste élevé. II existe donc un besoin en enzymes capables de catalyser l'hydrolyse de polysaccharides sulfatés tels que le porphyrane, et ce afin d'obtenir de nouveaux agents utilisables dans l'industrie agro-alimentaire, cosmétique et/ou pharmaceutique.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
Les inventeurs ont isolé et caractérisé les deux premières porphyranases décrites à ce jour. Bien qu'appartenant à la famille des GH16 des glycoside hydrolases, elles possèdent moins de 26% d'identité de séquence avec les autres membres de cette famille présents chez Z. galactanivorans.
Ces porphyranases, dénommées PorA et PorB, ont été clonées à partir de Z. galactanivorans. PorA et PorB sont représentées par les séquences SEQ ID NO : 2 et SEQ ID NO : 5 respectivement. Le domaine catalytique de PorA est 26.9 % identique à celui de PorB.
II a été démontré que les protéines PorA et PorB possèdent une activité β-porphyranase, et qu'elles sont dénuées d'activité agarase. Une enzyme possédant une telle activité enzymatique n'avait jamais encore été décrite.
Il a également été démontré que les protéines PorA et PorB peuvent être utilisées pour hydrolyser du porphyrane et permettent l'obtention d'oligosaccharides de structure et de taille définies. Plus particulièrement, PorA et
PorB permettent d'obtenir des mélanges homogènes de neo-porphyrobiose, neo- porphyrotetraose et/ou neoporphyrohexaose.
Polypeptides selon l'invention
Les inventeurs ont isolé et caractérisé les premières porphyranases décrites à ce jour. De ce fait, la présente invention concerne un polypeptide isolé caractérisé en ce qu'il possède une activité porphyranase.
Dans le cadre de cette invention, on entend par « polypeptide » une molécule comprenant une chaîne linéaire d'acides aminés liés les uns aux autres par des liaisons peptidiques.
Par polypeptide (ou acide nucléique) « isolé », on entend ici un polypeptide (ou acide nucléique) isolé de l'organisme ou du microorganisme chez lequel ledit polypeptide (ou acide nucléique) est naturellement présent. Dans un mode de réalisation préféré, le polypeptide ou l'acide nucléique est sous forme isolée et purifiée. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, le polypeptide isolé est un polypeptide recombinant.
Par « porphyrane », on entend ici la molécule constituée d'un enchaînement d'unités disaccharidiques constitué d'une unité D-galactose lié en β-1 ,4 avec une unité L-galactose modifiée par une O-sulfatation sur la position 06.
Par « activité porphyranase », on entend ici la capacité à catalyser l'hydrolyse du porphyrane. Plus particulièrement, l'activité porphyranase des polypeptides selon l'invention consiste en une activité β-porphyranase, c'est-à- dire la capacité à catalyser le clivage des liaisons β-1 ,4 entre l'unité D-galactose
(« unité G » sur la Figure 1 ) et l'unité L-galactose sulfatée en position 6 (« unité
L6S » sur la Figure 1 ) de l'unité disaccharidique du porphyrane.
L'activité porphyranase peut par exemple être mesurée en réalisant une cinétique de la digestion du porphyrane. Une telle cinétique peut par exemple être réalisée comme décrit dans l'exemple 3. Plus particulièrement, une solution contenant 1 % (w/v) de polysaccharide préalablement digéré par une β-agarase peut être utilisée. 50 ml de la solution polysaccharidique peut par exemple être incubé à 30 °C avec 6 μg d'enzyme. Des aliquotes peuvent être prélevés tout au long de l'hydrolyse jusqu'à ce que l'hydrolyse complète soit atteinte. La digestion du porphyrane par une porphyranase conduit à l'obtention d'oligo-porphyranes.
Les polypeptides selon l'invention sont préférentiellement dénués d'activité agarase. En d'autre terme, ces polypeptides catalysent spécifiquement l'hydrolyse de polysaccharides sulfatés. L'absence d'activité agarase peut facilement être mesurée, par exemple sur un gel comprenant 1 % d'agarose (voir Figure 2). 1 μg d'enzyme peut par exemple être déposée sur un tel gel. Après une nuit d'incubation à 30 °C, l'activité agarase peut être révélée par coloration au lugol.
Dans un mode de réalisation préféré, le polypeptide selon l'invention comprend ou consiste en une séquence choisie parmi :
- les résidus 19 à 274 de la séquence SEQ ID NO : 2 (lesquels correspondent à un fragment de PorA comprenant le domaine catalytique, fragment dénommé PorA_CM);
- les résidus 19 à 510 de la séquence SEQ ID NO : 2 (lesquels correspondent à la protéine PorA mature); - les résidus 1 à 510 de la séquence SEQ ID NO : 2 (lesquels correspondent à la protéine PorA complète);
- les résidus 22 à 293 de la séquence SEQ ID NO : 5 (lesquels correspondent à la protéine PorB mature); ou
- les résidus 1 à 293 de la séquence SEQ ID NO : 5 (lesquels correspondent à la protéine PorB complète).
Les polypeptides selon l'invention incluent également des polypeptides dérivés des protéines PorA et PorB de séquence SEQ ID NO : 2 ou 5, étant entendu que ces polypeptides dérivés conservent l'activité porphyranase. De tels polypeptides dérivés comprennent ou consistent en une séquence choisie parmi : a) une séquence au moins 26, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 95, 96, 97, 98 ou 99 % identique aux résidus :
- 19 à 274 de la séquence SEQ ID NO : 2 ;
- 19 à 510 de la séquence SEQ ID NO : 2 ;
- 1 à 51 O de la séquence SEQ ID NO : 2 ;
- 22 à 293 de la séquence SEQ ID NO : 5 ; ou
- 1 à 293 de la séquence SEQ ID NO : 5.
b) un fragment d'au moins 20, 50, 100, 150, 200, 210, 220, 230, 240 ou 250 acides aminés consécutifs de la séquence (a) ; et
c) un fragment d'au moins 20, 50, 100, 150, 200 210, 220, 230, 240 ou
250 acides aminés consécutifs d'une séquence consistant en les résidus:
- 19 à 274 de la séquence SEQ ID NO : 2 ;
- 19 à 510 de la séquence SEQ ID NO : 2 ;
- 1 à 51 O de la séquence SEQ ID NO : 2 ;
- 22 à 293 de la séquence SEQ ID NO : 5 ; ou
- 1 à 293 de la séquence SEQ ID NO : 5.
Par « séquence au moins 95% (par exemple) identique à une séquence de référence », on entend une séquence identique à la séquence de référence si ce n'est que cette séquence peut comporter jusqu'à cinq mutations ponctuelles (substitutions, délétions et/ou insertions) pour chaque partie de cent acides aminés de la séquence de référence. Ainsi, pour une séquence de référence faisant 100 acides aminés, un fragment de 95 acides aminés et une séquence de 100 acides aminés comportant 5 substitutions par rapport à la séquence de référence sont deux exemples de séquences 95% identiques à la séquence de référence.
Le pourcentage d'identité est généralement déterminé en utilisant un logiciel d'analyse de séquences. Le programme « needle », qui fait appel à l'algorithme d'alignement global « Needleman-Wunsch » pour trouver l'alignement optimal (avec gaps) de deux séquences sur la totalité de leur longueur, peut par exemple être utilisé. Ce programme est notamment disponible sur le site ebi.ac.uk.
Les polypeptides dérivés peuvent différer de la séquence de référence (en l'occurrence la séquence SEQ ID NO : 2 ou 4 ou l'un de ses fragments) par la présence de mutations de type délétion, insertion et/ou substitution d'acides aminés. Les substitutions peuvent être conservatives ou non conservatives.
Dans un mode de réalisation particulier, les polypeptides dérivés différent de la séquence de référence uniquement par la présence de substitutions conservatives. Les substitutions conservatives sont des substitutions d'acides aminés de même classe, telles que des substitutions d'acides aminés aux chaînes latérales non chargées (tels que l'asparagine, la glutamine, la serine, la cystéine, et la tyrosine), d'acides aminés aux chaînes latérales basiques (tels que la lysine, l'arginine, et l'histidine), d'acides aminés aux chaînes latérales acides (tels que l'acide aspartique et l'acide glutamique), d'acides aminés aux chaînes latérales apolaires (tels que l'alanine, la valine, la leucine, l'isoleucine, la proline, la phénylalanine, la méthionine et le tryptophane).
Les polypeptides dérivés peuvent également correspondre à des variants allèliques des protéines PorA ou PorB de séquence SEQ ID NO : 2 ou 4, à des protéines homologues à PorA et PorB chez d'autres espèces que Zobellia galactanivorans, ou à des fragments de tels variants allèliques ou protéines homologues conservant l'activité porphyranase.
De manière optionnelle, les polypeptides selon l'invention comprennent un peptide signal. Si un peptide signal est présent, il peut être le peptide signal natif de la protéine (i.e. les résidus 1 à 18 de SEQ ID NO : 2 pour PorA, et les résidus 1 à 21 de SEQ ID NO : 5 pour PorB). Alternativement, le peptide signal peut être un peptide signal hétérologue à PorA ou PorB, par exemple un peptide signal convenant à l'expression de la protéine PorA ou PorB mature dans une cellule hôte donnée. Les séquences SEQ ID Nos : 2, 3, 5 et 6 sont des exemples de polypeptides selon l'invention comprenant soit un peptide signal natif (SEQ ID Nos : 2 et 5), soit un peptide signal hétérologue (SEQ ID Nos : 3 et 6).
Les polypeptides selon l'invention peuvent être préparés par purification à partir de leur organisme ou microorganisme d'origine, par synthèse chimique ou par génie génétique, et ce en utilisant les techniques bien connues de l'homme du métier. Dans un mode de réalisation préféré, les polypeptides selon l'invention sont obtenus par génie génétique.
Acides nucléiques selon l'invention
La présente invention concerne également un acide nucléique isolé codant pour un polypeptide selon l'invention. Ce polypeptide selon l'invention peut correspondre à n'importe lequel des porphyranases décrites dans le paragraphe précédent.
Le terme « acide nucléique » se réfère aussi bien à des molécules d'ADN qu'à des molécules d'ARN, et incluse notamment des molécules d'ADNc et des molécules d'ARNm. L'acide nucléique peut être sous forme double brin (par exemple dans le cas d'un acide nucléique compris dans un vecteur d'expression) ou sous forme simple brin (par exemple dans le cas de sondes ou d'amorces).
Plus particulièrement, l'acide nucléique selon l'invention peut comprendre ou consister en une séquence choisie parmi :
a) les nucléotides 1 à 1533 ou 55 à 1533 de la séquence SEQ ID NO :
1 ;
b) les nucléotides 1 à 882 ou 64 à 882 de la séquence SEQ ID NO : 4 ; et
c) une séquence complémentaire à la séquence (a) ou (b).
L'acide nucléique selon l'invention peut également comprendre ou consister en des séquences dérivées des séquences SEQ ID NO : 1 ou 4. Les acides nucléiques dérivés incluent les acides nucléiques dont les séquences comprennent ou consistent en une séquence choisie parmi :
a) une séquence au moins 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 95, 96, 97, 98 ou 99 % identique aux nucléotides : - 1 à 1533 ou 55 à 1533 de la séquence SEQ ID NO : 1 ; ou
- 1 à 882 ou 64 à 882 de la séquence SEQ ID NO : 4.
b) un fragment d'au moins 60, 150, 300, 450, 600 ou 750 nucléotides consécutifs de la séquence (a) ;
c) un fragment d'au moins 60, 150, 300, 450, 600 ou 750 nucléotides consécutifs d'une séquence consistant en les nucléotides :
- 1 à 1533 ou 55 à 1533 de la séquence SEQ ID NO : 1 ; ou
- 1 à 882 ou 64 à 882 de la séquence SEQ ID NO : 4.
d) une séquence codée par un acide nucléique qui s'hybride à la séquence SEQ ID NO : 1 ou 4 dans des conditions de forte stringence ; et
e) une séquence complémentaire à l'une des séquences (a) à (d).
Le pourcentage d'identité entre deux séquences nucléotidiques est déterminé de la même manière que le pourcentage d'identité entre deux séquences d'acides aminés.
Les « conditions de forte de stringence » sont des conditions connues de l'homme du métier, et peuvent par exemple correspondre des conditions d'hybridations sur ADN lié à un filtre dans un tampon salin citrate de sodium (SSC) 5X, dodécyl sulfate de sodium (SDS) 2%, 100 microgrammes/mL d'ADN simple- brin, à 55-65 °C pendant 8 heures, et lavage dans SSC 0,2X et SDS 0,2% à 60- 65°C pendant 30 minutes.
Les séquences des acides nucléiques dérivés peuvent inclure des mutations telles que des substitutions, délétions et/ou insertions de nucléotides. Les substitutions peuvent soit être silencieuses, soit conduire à des mutations au niveau de la protéine codée par l'acide nucléiques. De préférence, les substitutions, délétions et/ou insertions au niveau de la séquence nucléotidique ne conduisent pas à un changement de phase de lecture, ni à l'introduction d'un codon-stop.
Dans un mode de réalisation préféré, l'acide nucléique dérivé est un acide nucléique codant pour la protéine PorA mature ou complète de séquence SEQ ID NO : 2, pour la protéine PorB mature ou complète de séquence SEQ ID NO : 5, ou pour des fragments de celles-ci conservant l'activité porphyranase, mais dont la séquence nucléotidique diffère de la séquence SEQ ID NO : 1 ou 4 en raison de la dégénérescence du code génétique et/ou en raison d'une variation allèlique. Un autre mode de réalisation particulier préféré porte sur des acides nucléiques codant pour des protéines homologues de PorA ou PorB chez d'autres espèces que Zobellia galactanivorans, ou des fragments de celles-ci conservant l'activité porphyranase.
Un autre aspect de l'invention porte sur des sondes et des amorces nucléotidiques comprenant ou consistant en un fragment de SEQ ID NO : 1 ou SEQ ID NO : 4. De telles sondes et amorces peuvent par exemple comprendre ou consister en 15 à 50 nucléotides consécutifs, préférentiellement 18 à 35 nucléotides consécutifs, de SEQ ID NO : 1 ou SEQ ID NO : 4. De telles sondes et amorces ne codent pas pour un polypeptide selon l'invention mais sont utiles pour le clonage, le séquençage et/ou la détection des acides nucléiques selon l'invention. Les sondes peuvent éventuellement être marquées, par exemple grâce à un marqueur radioactif ou à un fluorophore. Par ailleurs, les sondes et amorces peuvent comprendre, outre un fragment de la séquence SEQ ID NO : 1 ou SEQ ID NO : 4, une séquence hétérologue telle que la séquence d'un site de restriction ou une séquence de liaison à un marqueur.
Les acides nucléiques selon l'invention peuvent être préparés par synthèse chimique ou par génie génétique en utilisant les techniques bien connues de l'homme du métier et décrites, entre autres, dans Sambrook et al. ("Molecular Cloning: a Laboratory Manual" Ed. CoId Spring Harbor Press, N. Y., 1989). Les acides nucléiques selon l'invention peuvent par exemple être obtenus par amplification des gènes de Zobellia galactanivorans à l'aide de la méthode PCR (Polymerase Chain Reaction), comme décrit dans l'exemple 1. Le fragment d'acides nucléiques ainsi amplifié peut ensuite être clone dans un vecteur d'expression selon les techniques décrites dans Maniatis. (« Molecular Cloning. A Laboratory Manual » New York, 1982) et/ou dans l'exemple 1.
Vecteurs d'expression et cellules hôtes selon l'invention
L'invention concerne également des vecteurs d'expression comprenant un acide nucléique selon l'invention. Ces vecteurs d'expression, qui peuvent par exemple être des plasmides, comportent, outre la séquence d'acide nucléique selon l'invention, les moyens nécessaires à son expression. Ces moyens peuvent par exemple inclure un promoteur et un terminateur de transcription. Le vecteur d'expression peut également comporter d'autres éléments tels qu'une origine de réplication, un site de clonage multiple, un enhanceur, un peptide signal qui pourra être fusionné en phase avec le polypeptide de l'invention lors du clonage, et un ou plusieurs marqueurs de sélection.
Un autre aspect de l'invention porte sur une cellule hôte transformée par un vecteur d'expression ou un acide nucléique selon l'invention.
La cellule hôte peut être une cellule procaryote ou une cellule eucaryote. Des cellules hôtes couramment utilisées pour l'expression de cellules recombinantes incluent notamment des cellules de bactéries telles que Escherichia coli, des cellules de levures telles que Saccharomyces cerevisiae, des cellules de champignons tels que Aspergillus niger, des cellules d'insecte, et des cellules de mammifères (notamment humaines) telles que les lignées cellulaires CHO, HEK 293, PER-C6, etc.
La transformation des cellules procaryotes et des cellules eucaryotes est une technique bien connue de l'homme du métier. En fonction de la cellule à transformer, l'homme du métier pourra aisément déterminer les moyens nécessaires à l'introduction et à l'expression l'acide nucléique selon l'invention chez la cellule hôte choisie. Ainsi, le vecteur d'expression et la méthode d'introduction du vecteur d'expression au sein de la cellule hôte seront sélectionnés en fonction de la cellule hôte choisie.
La cellule hôte transformée par un vecteur d'expression ou un acide nucléique selon l'invention exprime préférentiellement le polypeptide selon l'invention de manière stable. L'homme du métier peut aisément vérifier que la cellule hôte exprime le polypeptide selon l'invention de manière stable, par exemple en utilisant la technique du Western Blot.
Les cellules hôtes selon l'invention sont notamment utiles pour produire des polypeptides selon l'invention. L'invention concerne donc une méthode de production d'un polypeptide selon l'invention comprenant l'étape de cultiver une cellule hôte selon l'invention dans des conditions permettant l'expression dudit polypeptide selon l'invention. Cette méthode peut en outre comprendre une étape de purification dudit polypeptide selon l'invention. Les étapes de culture et de purification peuvent par exemple être réalisées comme décrit dans l'exemple 2. Méthodes d'hydrolyse de polysaccharides selon l'invention
Les inventeurs ont trouvé que les enzymes PorA et PorB peuvent être utilisées pour hydrolyser du porphyrane, et permettent l'obtention d'oligosaccharides de structure et de taille définies. Plus particulièrement, l'hydrolyse du porphyrane par PorA et PorB permet d'obtenir des oligo- porphyranes, notamment du neo-porphyrobiose, du neoporphyrotétraose et/ou du neo-porphyrohexaose.
Un aspect de l'invention porte donc sur l'utilisation d'un polypeptide selon l'invention pour hydrolyser des polysaccharides et/ou pour produire des oligosaccharides.
Les polysaccharides utilisés dans le cadre de cette méthode sont des polysaccharides susceptibles de contenir des polysaccharides sulfatés, lesquels peuvent être ou non le composé majoritaire dudit polysaccharide. Préférentiellement, les polysaccharides utilisés dans le cadre de cette méthode comprennent ou consistent en du porphyrane. Alternativement, les polysaccharides utilisés dans le cadre de cette méthode peuvent comprendre ou consister en un polysaccharide différent du porphyrane mais constitué au moins en partie d'unités disaccharidiques constituées d'une unité D-galactose lié en β- 1 ,4 avec une unité L-galactose modifiée par une O-sulfatation sur la position 06.
De tels polysaccharides sont présents chez les végétaux marins. Ils peuvent par exemple être obtenus à partir de végétaux marins, et en particulier à partir d'algues rouges, en utilisant des protocoles d'extraction bien connus de l'homme du métier, tels que la technique décrite dans Morrice et al. (Eur J Biochem. 1983 133:673-84). Ils peuvent éventuellement être séparés des autres composants éventuels par des méthodes de chromatographie liquide.
Dans un mode de réalisation préféré, l'invention porte sur l'utilisation d'un polypeptide selon l'invention pour hydrolyser le porphyrane et/ou pour produire des oligo-porphyranes, notamment du neo-porphyrobiose, du neoporphyrotétraose et/ou du neo-porphyrohexaose.
L'invention concerne également une méthode d'hydrolyse de polysaccharides et/ou de production d'oligosaccharides comprenant les étapes suivantes : a) fournir un polypeptide selon l'invention ou une cellule hôte selon l'invention ; et
b) mettre ledit polypeptide ou ladite cellule hôte en contact avec un polysaccharide dans des conditions conduisant à l'obtention de polysaccharides hydrolyses, par exemple dans des conditions conduisant à une hydrolyse complète.
Comme cela apparaît clairement à la lecture de la présente demande, dans un mode de réalisation préféré, la méthode d'hydrolyse de polysaccharides et/ou de production d'oligosaccharides selon l'invention consiste en une méthode d'hydrolyse du porphyrane et/ou de production d'oligo-porphyranes, notamment de neo-porphyrobiose, de neo-porphyrotétraose et/ou de neo-porphyrohexaose. Les conditions conduisant à l'obtention de polysaccharides hydrolyses peuvent aisément être déterminées par l'homme du métier. Par exemple, les conditions décrites dans l'exemple 3 peuvent être utilisées. Le polypeptide ou la cellule hôte peut par exemple être mis en contact avec le polysaccharide à une température de 30 °C. Lors de cette mise en contact, 6 μg de polypeptide peuvent par exemple être ajoutés à 50 ml d'une solution contenant 1 % (w/v) de polysaccharide. La durée d'incubation sera ajustée en fonction du polysaccharide hydrolyse que l'on souhaite obtenir. L'incubation peut par exemple durer environ ou au moins 6, 10 ou 14 heures. Ainsi, en partant d'une solution de polysaccharide contenant du porphyrane, il sera possible d'obtenir les oligosaccharides suivants en fonction de la durée d'incubation : neo-porphyrobiose, neoporphyrotétraose et/ou neo- porphyrohexaose.
La méthode selon l'invention peut éventuellement comprendre une étape (c) de purification desdits polysaccharides hydrolyses. Les techniques de purification de polysaccharides hydrolyses sont bien connues de l'homme du métier. La purification peut par exemple être réalisée par chromatographie d'exclusion, tel que décrit dans l'exemple 4. L'échantillon contenant les oligosaccharides peut par exemple être élue avec de l'ammonium carbonate 5OmM à une vitesse de 1 ,5 mL/min pendant 650 minutes.
Dans un mode de réalisation préféré, les polysaccharides hydrolyses obtenus par la méthode selon l'invention ont un poids moléculaire moyen (Mw) inférieur ou égal à 5800, 5500, 5000, 4500, 4000, 3500 ou 3000 Da, encore préférentiellement inférieur ou égal à 5800 Da. Préférentiellement, les polysaccharides hydrolyses obtenus par la méthode selon l'invention possèdent un poids moléculaire inférieur 1270, 1170, 850, 750 ou 425 Da, par exemple environ 1261 ,04, 1 163,97, 840,69, 743,62 ou 420,344 Da.
Dans un autre mode de réalisation préféré, les polysaccharides hydrolyses obtenus par la méthode selon l'invention comprennent au moins 25%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% ou 99% d'un ou plusieurs oligo-porphyranes choisis parmi le neo-porphyrobiose, le neo-porphyrotetraose et le neo-porphyrohexaose.
Par « neo-porphyrobiose », on entend l'unité disaccharide du porphyrane (laquelle est représentée sur la figure 1 ). Par « neo-porphyrotetraose », on entend un enchaînement de deux unités disaccharides du porphyrane. Par « neo- porphyrohexaose », on entend un enchaînement de trois unités disaccharides du porphyrane.
Les polysaccharides ainsi hydrolyses et purifiés peuvent ensuite être formulés en composition agroalimentaire, cosmétique ou pharmaceutique.
Enfin, l'invention porte également sur les polysaccharides hydrolyses, en particulier, les oligo-porphyranes, notamment le neo-porphyrobiose, le neo- porphyrotétraose et/ou le neo-porphyrohexaose, susceptibles d'être obtenus par la méthode selon l'invention, et sur des compositions agroalimentaires, cosmétiques et pharmaceutiques contenant de tels polysaccharides hydrolyses.
Le contenu des publications, articles, manuels, brevets et demandes de brevet cités dans ce texte sont incorporés au présent texte par référence.
L'invention va maintenant être décrite en détail à l'aide de l'exposé expérimental ci-après, lequel illustre l'invention sans en limiter la portée.
DESCRIPTION DES FIGURES
Figure 1 : Présentation schématique des unités disaccharidiques de l'agarose et du porphyrane.
Figure 2 : Activité enzymatique des porphyranases A et B. A) Activité enzymatique sur gel d'agarose. 1 μg des différents agarases et porphyranases est déposé sur une plaque de gel d'agarose de 1 % et incubé pendant la nuit à 30 °C. L'activité est ensuite révélée par coloration au lugol, indiqué par l'apparition d'un halo lumineux sur fond noir. A: β-AgaraseA, B: β-agaraseB, C: β-agaraseD, D: β- porphyranaseA, E: β-porphyranaseB. B) Analyse cinétique de la digestion du porphyrane. Le porphyrane a été préalablement digéré par une β-agarase, et ne contient donc plus que des unités disaccharidiques du type porphyrane. Les lignes montrent la cinétique de digestion de PorA_CM (1 ), PorB (2), agaA (3) et agaB (4) de Z galactanivorans.
Figure 3 : Analyse par HPLC des produits de dégradation du porphyrane obtenus avec l'enzyme PorA. DP2, DP4 et DP6 désignent les di-, tetra- et hexa- saccharides, qui ont été ensuite analysé par RMN.
Figure 4 : Spectre 1 H-RMN des neo-porphyro-bi-, tetra-, et hexaoses, obtenus avec l'enzyme PorA.
Figures 5 et 6 : Alignement de séquences entre PorA et PorB. La flèche indique l'extrémité C-terminale de PorA_CM. DESCRIPTION DES SEQUENCES DU LISTAGE DE SEQUENCES
SEQ ID NO : 1 représente la séquence nucléotidique de la porphyranase A.
SEQ ID NO : 2 représente la séquence protéique de la porphyranase A.
SEQ ID NO : 3 représente la séquence protéique de la porphyranase A recombinante produite dans l'exemple 2.
SEQ ID NO : 4 représente la séquence nucléotidique de la porphyranase B.
SEQ ID NO : 5 représente la séquence protéique de la porphyranase B.
SEQ ID NO : 6 représente la séquence protéique de la porphyranase B recombinante produite dans l'exemple 2.
SEQ ID Nos : 7 à 10 représentent des amorces convenant à cloner les gènes codant pour la porphyranase A et la porphyranase B.
EXEMPLES
Exemple 1 : Clonage des gènes de porphyranase A et B
Les cadres de lectures ouverts codant pour les enzymes PorA et PorB ont été construits sur la base des séquences du génome de Z. galactanivorans. Les gènes cibles ont été amplifié en parallèle par PCR, partant du matériel ADN génomique de Z galactanivorans, avec des amorces 5' et 3' comme indiqué dans le Tableau 1 ci-dessous. Tableau 1 : Séquence des amorces pour le clonage de PorA_CM et PorB, calculée pour obtenir un Tm de -700C
Figure imgf000018_0001
Le gène entier de la β-Porphyranase A (contenant le domaine catalytique et les deux domaines ressemblant à des modules de fixation au substrat) a été tronqué pour produire une protéine recombinante contenant uniquement le domaine catalytique (résidus 19-275), qui sera appelé par la suite PorA_CM. PorB, dont la séquence indique un seul module appartenant dans son entier à la famille GH16, à été clone intégralement pour obtenir la protéine recombinante active.
Les produits de l'amplification PCR ont ensuite été purifiés avec le kit Qiaquick PCR et élues avec 50 μl de H2O. Les produits PCR purifiés ont à leur tour été digérés pendant trois heures à 37°C avec le mélange des enzymes de restriction BglII/EcoRI dans leur tampons respectifs (NEB2 et BioLabs). Après digestion les produits ont été purifiés avec le kit Qiaquick PCR puis élues avec 25 μl de H2O. Les produits de PCR ont été soumis à ligation avec le vecteur PFO4 (dérivé du vecteur pET15), préalablement déphosphorylé et digéré avec les enzymes de restrictions adéquates. Cette procédure de ligation a été effectuée avec la T4 ADN Ligase à 4°C durant une nuit.
Pour la procédure de transformation, des cellules de E. coli (souche DH5α), rendues compétentes par voie chimique, ont été utilisées. Pour cela, les cellules ont été mises sur un mélange glace, eau et NaCI pendant 30 minutes, puis ont été incubées pendant 30 minutes avec le mélange résultant de la ligation. La transformation a été effectuée en appliquant un choc thermique pendant 45 sec à 42 °C, puis les cellules ont été remises dans le mélange glace, eau et NaCI pendant 30 minutes.
Exemple 2 : Expression et purification des PorA CM et PorB:
PorA_CM et PorB ont été surexprimées dans des cellules de E. coli
(souche BL21 , DE3). La surexpression a été effectuée à 20 °C dans 1 L d'un milieu ZYP-5052 avec 100 μg ml"1 d'ampicilline (Studier 2005 Protein Expr Purif. 41 (1 ):207-34). Les cellules ont été récoltées par centrifugation (4000g, 20 min, 4°C) après 3 jours et demi de culture, (OD finale à 600 nm: environ 16). Le culot a ensuite été suspendu dans du tampon A (20 mM Tris pH 8, 200 mM NaCI, 20 mM Imidazole, pH 7.5, Lysozyme, DNAse). Les cellules ainsi suspendues ont été lysées par du lysozyme pendant 30 minutes sur glace, puis ont fait l'objet d'une sonication. Le lysat a été clarifié par centrifugation (50 000g, 30 min, 40C), puis par une filtration en utilisant des filtres (Millipore) de 0.2 μm. La solution ainsi filtrée a été chargée sur une colonne de 10 ml de résine IMAC HyperCell (PaII Corporation), laquelle a été chargé avec une solution NiSO4. La colonne avait préalablement été équilibrée avec le tampon A, dénué de lysozyme et de DNAse. Après une étape de lavage avec le tampon A (dix volumes de colonne), la protéine a été éluée, à 1 ml min"1, dans 60 ml en effectuant un gradient linéaire entre le tampon A et un tampon A additionné de 60 % de tampon B (20 mM Tris pH 8, 200 mM NaCI et 500 mM Imidazole). Les protéines ont été concentrées par ultra- filtration sur une membrane Amicon (polyethersulfone, taille limite 30 kDa), afin d'obtenir un volume finale d'environ 5ml. Une deuxième étape de purification a ensuite été effectuée sur une colonne Sephacryl S-200 (GE Healthcare) pré- équilibrée avec un tampon C (20 mM Tris pH 8, 4 % (v/v) Glycerol pour PorA_CM, et 20 mM Tris pour PorB) à une vitesse de 1 ml min"1. Toutes les fractions contenant la protéine pur (comme analysé par SDS-PAGE) ont été additionnées et concentrées par filtration/centrifugation (Amicon, taille limite 10 kDa) à 2.6 mg/ml pour PorA_CM et environ 8 mg/ml pour PorB. Toutes procédures de chromatographie ont été effectuées avec un système AKTA Explorer (GE- Healthcare) à température ambiante. Exemple 3 : Dégradation enzymatique du porphyrane
Une solution contenant 1 % (w/v) du polysaccharide a été utilisé pour l'hydrolyse enzymatique avec les porphyranases A et B. Un total de 50 ml de la solution polysaccharidique a été incubé avec 6 μg d'enzyme à 30 °C pendant une nuit. Des aliquotes ont été prélevés tout au long de l'hydrolyse jusqu'à ce que l'hydrolyse complète soit atteinte (environ 14 heures).
Après digestion complète par l'enzyme, la solution a été chauffée à 96° C pendant 30 min pour inactiver une éventuelle activité résiduelle de l'enzyme. La solution a ensuite été centrifugée pendant 20 min à 5000g et 4°C et le surnageant a été filtré avec des filtres seringues Millipore de 0.2 μm. Le polysaccharide digéré a été congelé à -80° C puis lyophilisé.
Les aliquotes ont été analysés par la méthode de détection des sucres réducteurs en mélangeant 10 μl d'aliquote de protéine avec 90 μl d'eau (dilution 10x), puis ensuite avec 1 ml de la solution ferricyanide (300 mg potassium hexocyanoferrate III, 29 g Na2CO3, 1 mL 5 M NaOH, complété à 1 L avec de l'eau). Le mélange a été chauffé à 100°C pendant 15 min, puis refroidi à température ambiante pour lire l'absorbance à 420 nm.
Exemple 4 : Purification des oliqo-porphyranes par chromatoqraphie d'exclusion préparative
La purification des oligo-porphyranes a été effectuée par chromatographie d'exclusion préparative avec trois colonnes Superdex 30 (26/60) de GE HealthCare en série, intégrées sur un système HPLC System injecteur/collecteur liquide (Gilson). Les oligosaccharides ont été détectés par leur index réfractif (détecteur Spectra System RI-50) et l'intégration des données (Gilson et détecteur réfraction) par le logiciel Unipoint (Gilson).
Le produit de digestion polysaccharidique, congelé et lyophilisé, a été dissous dans de l'eau déminéralisée pour obtenir une solution de 4% (w/v). Après filtration sur une membrane poreuse de 0.45μm, 4 mL de l'échantillon a été injecté, puis élue avec de l'ammonium Carbonate [(NH4)2CO3] 5OmM à une vitesse de 1.5 mL/min pendant 650 minutes. Les fractions d'oligosaccharides ont été collectées et directement analysées par HPLC. Selon ce procédé, il est possible de préparer des oligosaccharides composés uniquement du motif de répétition porphyrane ou des oligosaccharides hybrides contenant des motifs porphyrane associés à des motifs de type agarose.
Ainsi nous avons isolé et purifié des oligo-porphyranes du disaccharide au hexasaccharide (Figures 3 et 4), correspondant au poids moléculaires de 420.344
Da (neo-porphyrobiose, appelé di-porphyrane sur la Figure 4), 840.69 et/ou
743.62 Da (neo-porphyrotetraose, appelé tetra-porphyrane sur la Figure 4) et
1261.04 et/ou 1163.97 Da (neo-porphyrohexaose, appelé hexa-porphyrane sur la
Figure 4), respectivement.
Exemple 5 : Résultats et discussion
Le séquençage du génome complet de la bactérie Zobellia galactanivorans (déposée à la Collection DSMZ le 8 mai 1998 sous le numéro DSM 12170) a été réalisé. Le séquençage a permis d'identifier seize gènes appartenant à la famille GH16 des glycoside hydrolases. Parmi ces seize gènes, les gènes codant pour la κ-carraghénase CgkA et les β-agarases AgaA et AgaB sont déjà connus et caractérisés (Barbeyron ét al. Mol Biol Evol. 1998 15:528-37 ; Jam et al. Biochem J. 2005 385 :703-13 ; Allouch ét al. J Biol Chem. 2003 278:47171 -80).
Deux autres gènes appartenant à la famille GH16 des glycoside hydrolases ont été clones comme exposé dans l'exemple 1 ci-dessus. Ces gènes, dénommés porA et porB, codent pour des protéines dénommées PorA et PorB respectivement. La protéine PorA est composée de 510 acides aminés et a une masse moléculaire théorique de 57,31 1 kDa. Après élimination du peptide signal, cette protéine a une masse moléculaire calculée de 55,193 kDa. La protéine PorB est composée de 293 acides aminés. Après élimination du peptide signal, cette protéine a une masse moléculaire théorique de 31 ,271 kDa.
Comme montré dans le tableau 2 ci-dessous, ces deux gènes présentent moins de 25% d'identité avec les β-agarases et la κ-carrghénase de Zobellia galactanivorans. Tableau 2 : Matrice d'identité de séquence entre des modules catalytiques de certaines glycoside hydrolases de la famille GH 16 de Zobellia galactanivorans.
Figure imgf000022_0001
Une fois le clonage effectué, les protéines PorA et PorB ont été surexprimées chez Escherichia co// comme exposé dans l'exemple 2.
L'activité des protéines PorA et PorB sur plusieurs galactanes d'algues rouges a ensuite été étudiée (exemple 3). Il a été constaté que ces enzymes n'ont aucune activité sur les carraghénanes ou sur l'agarose (Figure 2A). En revanche, ces enzymes présentent une forte activité sur le porphyrane (Figure 2B).
La purification des oligosaccharides produits et leur caractérisation par 1H-
RMN (exemple 4) démontre que les enzymes PorA et PorB hydrolysent spécifiquement le porphyrane et clivent les liaisons β-1 ,4 entre les unités D- galactose et les unités L-galactose sulfaté en position 6. La sulfatation est nécessaire pour l'activité de l'enzyme et est exclusive par rapport aux activités β- agarases, comme le montre l'activité de PorA et PorB sur du porphyrane, prédigéré par une β-agarase (Figure 2B).
Comme montré dans l'exemple 4, l'hydrolyse du porphyrane par PorA et PorB permet d'obtenir des mélanges homogènes de neoporphyrobiose, neo- porphyrotétraose et/ou neo-porphyrohexaose.
Par conséquent, les protéines PorA et PorB sont les premières β-porphyranases décrites à ce jour.

Claims

REVENDICATIONS
1. Polypeptide isolé, caractérisé en ce qu'il possède une activité porphyranase.
2. Polypeptide selon la revendication 1 , où ledit polypeptide est un polypeptide recombinant.
3. Polypeptide selon la revendication 1 ou 2, comprenant une séquence au moins 26 % identique aux résidus 19 à 274 de la séquence SEQ ID NO : 2 ou un fragment d'au moins 20 aminés consécutifs d'une telle séquence.
4. Polypeptide selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une séquence choisie parmi :
a) une séquence au moins 30 % identique aux résidus :
- 19 à 274 de la séquence SEQ ID NO : 2 ; ou
- 22 à 293 de la séquence SEQ ID NO : 5;
b) un fragment d'au moins 20 acides aminés consécutifs de la séquence SEQ ID NO : 2 ou SEQ ID NO : 5.
5. Polypeptide selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une séquence au moins 80% identique aux résidus :
- 19 à 274 de la séquence SEQ ID NO : 2 ; ou
- 22 à 293 de la séquence SEQ ID NO : 5.
6. Acide nucléique isolé codant pour un polypeptide tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 5.
7. Vecteur d'expression comprenant un acide nucléique selon la revendication 6.
8. Cellule hôte transformée par un vecteur d'expression selon la revendication 7.
9. Utilisation d'un polypeptide selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 pour hydrolyser des polysaccharides.
10. Méthode d'hydrolyse de polysaccharides comprenant les étapes suivantes :
a) fournir un polypeptide tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 5, ou une cellule hôte telle que définie à la revendication 8 ; et
b) mettre ledit polypeptide ou ladite cellule hôte en contact avec un polysaccharide dans des conditions permettant l'obtention de polysaccharides hydrolyses.
11. Méthode selon la revendication 10, comprenant en outre une étape (c) de purification desdits polysaccharides hydrolyses.
12. Méthode selon la revendication 1 1 , comprenant en outre une étape (d) de formulation desdits polysaccharides hydrolyses et purifiés en composition agroalimentaire, cosmétique ou pharmaceutique.
13. Méthode selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, où lesdits polysaccharides contiennent du porphyrane.
14. Polysaccharides hydrolyses susceptibles d'être obtenus par la méthode selon l'une quelconque des revendications 10 à 13 caractérisés en ce qu'ils ont un poids moléculaire moyen (Mw) inférieur ou égal à 5800 Da.
15. Composition agroalimentaire, cosmétique ou pharmaceutique contenant les polysaccharides hydrolyses selon la revendication 14.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3554518A4 (fr) 2016-12-15 2020-07-29 The Board of Trustees of the Leland Stanford Junior University Compositions et procédés pour moduler la croissance d'une cellule bactérienne intestinale génétiquement modifiée
CN111100855B (zh) * 2019-12-25 2023-04-07 中国海洋大学 一种紫菜多糖酶及其应用

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3071068B2 (ja) * 1993-06-30 2000-07-31 株式会社白子 ポルフィラン分解酵素、ネオアガロオリゴ糖およびそれらの製造方法
JP3061363B2 (ja) * 1996-05-08 2000-07-10 株式会社白子 ガラクト硫酸オリゴ糖、その製造方法およびその用途
JP4883277B2 (ja) * 2006-03-07 2012-02-22 佐賀県 セルロファーガ属細菌により生産されるポルフィラン特異的分解酵素

Non-Patent Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Molecular Cloning. A Laboratory Manual", 1982
ALLOUCH ET AL., J BIOL CHEM., vol. 278, 2003, pages 47171 - 80
AOKI ET AL., MARINE AND HIGHLAND BIOSCIENCE CENTER REPORT, vol. 14, 2002, pages 33 - 41
BARBEYRON ET AL., INT J SYST EVOL MICROBIOL, vol. 51, 2001, pages 985 - 97
BARBEYRON ET AL., MOL BIOL E, vol. 15, 1998, pages 528 - 37
BARBEYRON ET AL., MOL BIOL EVOL., vol. 15, 1998, pages 528 - 37
DATABASE UniProt [online] 1 December 2001 (2001-12-01), "SubName: Full=MS132, putative beta-agarase;", XP002577068, retrieved from EBI accession no. UNIPROT:Q93P99 Database accession no. Q93P99 *
FLAMENT ET AL., APPL ENVIRON MICROBIOL, vol. 73, 2007, pages 4691 - 94
GHOSH ET AL., GLYCOBIOLOGY, vol. 19, 2009, pages 2 - 15
HATADA ET AL., J. AGRIC. FOOD CHEM., vol. 54, 2006, pages 9895 - 9900
HATADA YUJI ET AL: "Hyperproduction and application of alpha-agarase to enzymatic enhancement of antioxidant activity of porphyran", December 2006, JOURNAL OF AGRICULTURAL AND FOOD CHEMISTRY, VOL. 54, NR. 26, PAGE(S) 9895-9900, ISSN: 0021-8561, XP002577070 *
HEHEMANN JH, CORREC G, BARBEYRON T, HELBERT W, CZJZEK M, MICHEL G: "Transfer of carbohydrate-active enzymes from marine bacteria to Japanese gut microbiota", NATURE, vol. 464, no. 7290, 8 April 2010 (2010-04-08), pages 908 - 912, XP002577069, DOI: 10.1038 *
JAM ET AL., BIOCHEM J., vol. 385, 2005, pages 703 - 13
LEE ET AL., ANNUAL MEETING AND INTERNATIONAL SYMPOSIUM OF THE KOREAN SOCIETY FOR MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY, 2006
MICHEL ET AL., APPL MICROBIOL BIOTECHNOL, vol. 71, 2006, pages 23 - 33
MORRICE ET AL., EUR J BIOCHEM., vol. 133, 1983, pages 673 - 84
SAMBROOK ET AL.: "Molecular Cloning: a Laboratory Manual", 1989, COLD SPRING HARBOR PRESS
STUDIER, PROTEIN EXPR PURIF., vol. 41, no. 1, 2005, pages 207 - 34
ZHAO ET AL., INT J BIOL MACROMOL, vol. 38, 2006, pages 45 - 50
ZHAO T ET AL: "Degradation of porphyran from Porphyra haitanensis and the antioxidant activities of the degraded porphyrans with different molecular weight", INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOLOGICAL MACROMOLECULES, ELSEVIER BV, NL LNKD- DOI:10.1016/J.IJBIOMAC.2005.12.018, vol. 38, no. 1, 28 February 2006 (2006-02-28), pages 45 - 50, XP025096112, ISSN: 0141-8130, [retrieved on 20060228] *
ZHONG Z ET AL: "Sequence analysis of a 101-kilobase plasmid required for agar degradation by a Microscilla isolate.", APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY DEC 2001 LNKD- PUBMED:11722934, vol. 67, no. 12, December 2001 (2001-12-01), pages 5771 - 5779, XP002577067, ISSN: 0099-2240 *

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Publication number Publication date
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