Enzyme structure plasticity and emergence of broad spectrum antibiotic resistance : study of an aminoglycoside acetyltransferase and inhibitor design
Plasticité structurale et émergence d'antibiorésistance à large spectre : étude d'une aminoglycoside acétyltransférase et recherche d'inhibiteurs
Résumé
The emergence of multi-resistant pathogenic bacteria is a worldwide health issue. Recently, clinical variants of a single antibiotic-modifying acetyltransferase, AAC(6')-Ib, have appeared that confer extended resistance to most aminoglycosides and, more surprisingly, to structurally unrelated fluoroquinolones. The corresponding gene is carried by mobile genetic elements and is present in most multi-resistant pathogenic strains, hence making it a serious threat to current therapies. We report the crystal structures of both narrow and broad-spectrum resistance variants of this enzyme, which reveal the structural basis for the emergence of extended resistance. The active site displays an important plasticity and has adapted to new substrates by a large-scale gaping process. We have also obtained co-crystals with both substrates, as well as with a simple transition state analog, which provides new clues for the design of inhibitors of this resistance mechanism.
La résistance aux antibiotiques apparaît aujourd'hui comme un problème majeur de santé publique, en particulier à cause de l'apparition de souches de bactéries multirésistantes par production d'enzymes de modification de ces antibiotiques. Nous avons étudié une de ces enzymes de résistance, l'AAC(6')-Ib conférant la résistance aux aminoglycosides, antibiotiques à large spectre utilisés principalement en milieu hospitalier pour lutter contre des infections sévères. Deux variants de cette enzyme se sont répandus dans les souches cliniques résistantes : le premier confère une résistance élargie à tous les aminoglycosides, le second confère une résistance élargie à une autre classe d'antibiotiques, les fluoroquinolones. Nous avons résolu la structure de l'enzyme sauvage et du premier variant par cristallographie aux rayons X. Nous avons également modélisé la structure du deuxième variant. Ces structures nous ont permis d'apporter une explication possible sur l'adaptation de cette enzyme aux différents antibiotiques. En parallèle, nous avons réalisé un criblage de ligands de cette enzyme par RMN à flux continu robotisé. Nous avons pu isoler plusieurs motifs se fixant dans le site actif de l'enzyme constituant des pistes intéressantes dans la conception d'inhibiteurs de l'activité enzymatique.