-菌種間の相互作用を解析することにより、抗生物質耐性遺伝子の発現を制御することが可能となります

-Structural analysis of avibactam-mediated activation of the bla and mec divergons in methicillin-resistant .

• J Andrew N Alexander
• Mariia Radaeva
• Dustin T King
• Henry F Chambers
• Artem Cherkasov
• Som S Chatterjee
• Natalie C J Strynadka

抄録

メチシリン耐性(MRSA)感染は、世界的に重大な死亡率と罹患率を引き起こしています。MRSAのβ-ラクタム系抗生物質に対する耐性は、β-ラクタマーゼであるPC1と、β-ラクタム系抗生物質によってアシル化されにくいペニシリン結合タンパク質であるPBP2aのレベルを制御する2つのダイバゴンによって媒介されている。これらのタンパク質をコードする遺伝子の発現は、細胞外β-ラクタム結合センサードメインを持つ2つの膜タンパク質BlaR1とMecR1によって制御されている。このように、BlaR1とMecR1のセンサードメインとジアザビシクロオクタンβ-ラクタマーゼ阻害剤であるアビバクタムとの複合体のX線結晶構造を1.6-2.0Åの分解能で解析した結果、BlaR1とMecR1のセンサードメインは、1.6-2.0Åの分解能で解析された。さらに、臨床的に重要なMRSAのUSA300クローン由来のSF8300株が、それぞれPC1とPBP2aをコードする抗生物質耐性遺伝子と抗生物質耐性遺伝子の発現をアップレギュレートすることにより、アビバクタムに応答することを示した。カルバモイル酵素中間体のBlaR1-アビバクタム構造から、アビバクタムは活性部位のセリンに約180°の2つの配向で結合していることが明らかになった。観察された別のポーズの生理的役割はまだ検証されていないが、我々の構造解析結果は、将来のBlaR1/MecR1センサードメインや構造的に類似したD級β-ラクタマーゼの阻害剤の設計に利用できる第二の硫酸塩結合ポケットの存在を示唆している。MecR1-アビバクタム構造は、BlaR1-アビバクタム構造で観察された2つの状態のうちの1つに似た特異的なアビバクタム配向を採用しています。アビバクタムは抗生物質耐性遺伝子の発現を上昇させることから、β-ラクタム-アビバクタムの組み合わせがMRSA感染症の治療にどのような効果をもたらすのか、さらなる検討と研究が必要であることが示唆された。

Methicillin-resistant (MRSA) infections cause significant mortality and morbidity globally. MRSA resistance to β-lactam antibiotics is mediated by two divergons that control levels of a β-lactamase, PC1, and a penicillin-binding protein poorly acylated by β-lactam antibiotics, PBP2a. Expression of genes encoding these proteins is controlled by two integral membrane proteins, BlaR1 and MecR1, which both have an extracellular β-lactam-binding sensor domain. Here, we solved the X-ray crystallographic structures of the BlaR1 and MecR1 sensor domains in complex with avibactam, a diazabicyclooctane β-lactamase inhibitor at 1.6-2.0 Å resolution. Additionally, we show that SF8300, a clinically relevant strain from the USA300 clone of MRSA, responds to avibactam by up-regulating the expression of the and antibiotic-resistance genes, encoding PC1 and PBP2a, respectively. The BlaR1-avibactam structure of the carbamoyl-enzyme intermediate revealed that avibactam is bound to the active-site serine in two orientations approximately 180° to each other. Although a physiological role of the observed alternative pose remains to be validated, our structural results hint at the presence of a secondary sulfate-binding pocket that could be exploited in the design of future inhibitors of BlaR1/MecR1 sensor domains or the structurally similar class-D β-lactamases. The MecR1-avibactam structure adopted a singular avibactam orientation similar to one of the two states observed in the BlaR1-avibactam structure. Given avibactam up-regulates expression of and antibiotic resistance genes, we suggest further consideration and research is needed to explore what effects administering β-lactam-avibactam combinations have on treating MRSA infections.

Published under license by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.