Structures cristallographiques de complexes entre des fragments d'acides ribonucléiques comportant le site A ribosomique et des antibiotiques de la famille des aminoglycosides

Quentin Vicens (1)

1 ARN - Architecture et réactivité de l'ARN

Aminoglycoside antibiotics are aminosugar derivatives that interfere with protein translation in bacteria by binding to the aminoacyl-transfer RNA decoding site (A site) located at the 3' end of the 16S ribosomal RNA. This work presents the X-ray crystal structures of three complexes formed between RNA fragments contraining the A site and the aminoglycosides paromomycin, tobramycin and geneticin, solved at 2,40-2,54 Å resolutions. The structural analysis shows that the specific molecular recognition and the binding of aminoglycosides to the A site involve several direct and water-mediated hydrogen bonds. In the different structures, the neamine moiety common to the aminoglycosides (rings I and II) intercalates similarly inside the helix: ring I makes a pseudo base pair with adenine 1408, and both rings I and II flip out adenines 1492 and 1493. The comparison of the 3D structures of those complexes enables to rationalize the various biochemical and microbiological results as well as some of resistance and toxicity mechanisms at the molecular level. The conformations of the A site and the aminoglycosides are similar to those observed for the A site bound to paromomycin in the crystal structure of the 30S ribosomal particle. Hence, the method presented here provides a more precise description of the interactions and of the mode of action of aminoglycosides that is essential to deepen our knowledge of the RNA/aminoglycoside system. These results should facilitate the design of more specific and less toxic antibiotics.

Les aminoglycosides, des dérivés aminés de saccharides, interfèrent avec le mécanisme de synthèse des protéines chez les bactéries en se fixant au site de décodage de l'ARN de transfert aminoacylé (site A) situé en 3' de l'ARN ribosomique 16S. Au cours de ce travail de thèse, les structures de trois complexes entre des fragments d'ARN incorporant le site A et les aminoglycosides paromomycine, tobramycine et généticine, ont été résolues par cristallographie aux rayons X à 2,40-2,54 Å. L'analyse des structures montre que la reconnaissance et la fixation spécifiques des aminoglycosides au site A font intervenir de nombreuses liaisons hydrogène directes et pontées par des molécules d'eau. Dans ces structures, la partie néamine commune aux aminoglycosides (cycles I et II) s'intercale dans l'hélice de manière similaire : le cycle I (non plan) forme une pseudo paire de bases avec l'adénine 1408 ; la néamine oblige les adénines 1492 et 1493 à pointer hors de l'hélice. La comparaison des structures 3D de ces trois complexes offre des explications moléculaires aux différents résultats de biochimie et de microbiologie, ainsi qu'à certains phénomènes de résistances et de toxicités. Les conformations du site A et des aminoglycosides au sein de ces complexes sont similaires à celles du site A et de la paromomycine au sein de la sous-unité ribosomique 30S. Ainsi, la stratégie développée permet une description des interactions et des modes de fonctionnement des aminoglycosides proche du contexte naturel mais plus précise, essentielle à notre connaissance du système ARN/aminoglycoside. De ces résultats découlent des lignes directrices laissant envisager sous un jour nouveau la conception d'antibiotiques moins sujets aux résistances et moins toxiques.

Mots clés: acide ribonucléique (ARN); aminoglycoside; antibiotique; cristallographie aux rayons X; molécule d'eau; reconnaissance moléculaire spécifique; résistance bactérienne; ribosome; saccharide; toxicité

Domaines: Médicaments; Biochimie [q-bio.BM]

Quentin Vicens. Structures cristallographiques de complexes entre des fragments d'acides ribonucléiques comportant le site A ribosomique et des antibiotiques de la famille des aminoglycosides. Médicaments. Université Louis Pasteur - Strasbourg I, 2002. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00003572⟩