Структурная основа широкой

Nature, том 613, страницы 375–382 (2023 г.) Процитировать эту статью

20 тысяч доступов

2 цитаты

94 Альтметрика

Подробности о метриках

Устойчивость Staphylococcus aureus к β-лактамным антибиотикам широкого спектра действия является глобальной проблемой здравоохранения1,2. В клинических штаммах устойчивость в значительной степени контролируется BlaR13, рецептором, который воспринимает β-лактамы посредством ацилирования его сенсорного домена, индуцируя трансмембранную передачу сигналов и активацию обращенного к цитоплазме металлопротеазного домена4. Домен металлопротеазы играет роль в дерепрессии BlaI, индуцируя экспрессию blaZ (β-лактамазы PC1) и mecA (β-лактам-резистентной транспептидазы клеточной стенки PBP2a)3,4,5,6,7. Здесь, преодолевая препятствия изолированно, мы показываем, что BlaR1 расщепляет BlaI напрямую, что необходимо для инактивации, без необходимости использования дополнительных компонентов, как предполагалось ранее8. Криоэлектронная микроскопия структур BlaR1 - дикого типа и мутанта F284A с дефицитом ауторасщепления, с β-лактамом или без него - обнаруживает димер с замененным доменом, который, как мы полагаем, имеет решающее значение для стабилизации сигнальных петель внутри. BlaR1 подвергается спонтанному ауторасщеплению в цис-конце между Ser283 и Phe284, и мы описываем каталитический механизм и специфичность, лежащие в основе саморасщепления и расщепления BlaI. Структуры позволяют предположить, что аллостерическая передача сигналов происходит в результате индуцированного β-лактамами исключения заметной внеклеточной петли, конкурентно связанной с активным сайтом сенсорного домена, что приводит к последующим динамическим движениям, включая сдвиг сенсора в сторону мембраны и сопутствующие изменения в металлопротеазе цинка. домен. Мы предполагаем, что это усиливает вытеснение продуктов авторасщепления из активного центра, сдвигая равновесие в состояние, позволяющее эффективное расщепление BlaI. В совокупности это исследование предоставляет структуру двухкомпонентного сигнального рецептора, который опосредует действие — в данном случае устойчивость к антибиотикам — посредством прямого расщепления репрессора.

Staphylococcus aureus лежит в основе одной из трех наиболее смертоносных устойчивых к лекарствам бактериальных инфекций в мире2. Штаммы метициллин-резистентного S. aureus (MRSA) представляют особую проблему из-за их распространенности при внутрибольничных и внебольничных инфекциях, повышенного уровня заболеваемости и смертности, а также повышенных затрат на здравоохранение1. MRSA известен своей способностью приобретать устойчивость не только к β-лактамам, но и ко многим другим классам антибиотиков1,9. Препараты, обычно используемые для лечения инфекций MRSA, такие как ванкомицин, менее эффективны, более токсичны и подвержены установленным и растущим механизмам резистентности, о чем свидетельствуют устойчивые к ванкомицину штаммы S. aureus9,10,11. Несмотря на некоторый прогресс в разработке новых терапевтических средств1, недавно было подсчитано, что S. aureus является причиной более четверти всех смертей, связанных с устойчивостью к противомикробным препаратам в экономически развитых странах2, что демонстрирует острую необходимость улучшения вариантов лечения. Более четкое понимание резистентности этого патогена может способствовать разработке новых терапевтических комплексов для сохранения действия β-лактамов.

Индуцибельная резистентность к β-лактамам у S. aureus опосредована гомологичными дивергонами bla или mec. Они кодируют регуляторные системы, которые воспринимают β-лактамы окружающей среды через встроенный в мембрану сенсор-индуктор (BlaR1/MecR1; 35% идентичности последовательности; расширенные данные, рис. 1) и индуцируют расщепление цитоплазматического репрессора транскрипции (BlaI/MecI; 61% последовательности). личность)7. Это приводит к экспрессии blaZ и mecA, которые кодируют β-лактамазу PC15 (придающую устойчивость к пенициллиновым антибиотикам) и измененному пенициллинсвязывающему белку (ферменты, участвующие в синтезе клеточной стенки) PBP2a (придающему нечувствительность практически ко всем другим β-лактамам). )6,12 соответственно (рис. 1а). Присутствие mec, встроенного в мобильный генетический элемент, называемый стафилококковой кассетной хромосомой (SCCmec), и продукция PBP2a являются отличительными чертами MRSA13. Однако между дивергонами существует сложное взаимодействие. BlaR1-BlaI может контролировать экспрессию mecA3,14,15 (рис. 1a), в частности, индуцируя выработку PBP2a в ответ на β-лактам за считанные минуты по сравнению с часами при использовании MecI-MecR1, что может сделать бактерию восприимчивой к медикаментозному лечению16. Соответственно, у многих типов SCCmec отсутствует функциональный MecR1 и/или MecI17. Одним из преобладающих штаммов MRSA в США является клональный комплекс 8 USA300, в котором mecA расположен на кассете SCCmec типа IV с усеченным mecR1 и удаленным mecI17,18 с экспрессией под контролем кодируемых плазмидами BlaR1 и BlaI. В более общем плане SCCmec типа IV или его близкородственные подтипы часто встречаются из-за их присутствия в эпидемических штаммах MRSA во всем мире. Таким образом, BlaR1 и BlaI имеют решающее значение для определения устойчивости к антибиотикам широкого спектра действия у многих штаммов MRSA.