소식

Jun 25, 2023

구조적 제한은 다중 약물 유출 어댑터 단백질의 억제를 형성합니다

Nature Communications 14권, 기사 번호: 3900(2023) 이 기사 인용 1884 액세스 182 Altmetric Metrics 세부 정보 막 유출 펌프는 세균의 다약제 저항성에 중요한 역할을 합니다.

Nature Communications 14권, 기사 번호: 3900(2023) 이 기사 인용

1884년 액세스

182 알트메트릭

측정항목 세부정보

막 유출 펌프는 세균의 다약제 저항성에 중요한 역할을 합니다. 대장균(Escherichia coli)의 삼자 다약제 유출 펌프 시스템인 AcrAB-TolC는 다른 ESKAPE 병원체의 동족체와 함께 저항성 발달을 줄이고 항생제 효능을 복원하기 위한 억제 표적입니다. 여기에서는 수소/중수소 교환 질량 분석법, 세포 유출 분석 및 분자 역학 시뮬레이션의 조합을 사용하여 주변세포질 어댑터 단백질인 AcrA에 대한 억제 메커니즘을 합리화합니다. 우리는 AcrA의 구조적 역학을 정의하고 억제제가 4개 도메인 모두에 걸쳐 장거리 안정화를 가할 수 있는 반면 상호 작용하는 유출 기질은 최소한의 효과를 갖는다는 것을 발견했습니다. 우리의 결과는 억제제가 AcrA의 리포일 도메인과 αβ 배럴 도메인 사이의 갈라진 틈 내에서 분자 쐐기를 형성하여 AcrB에서 TolC로의 약물 유발 신호의 구조적 전달을 감소시키는 모델을 지원합니다. 이 연구는 항균 치료제 개발에 유용할 수 있는 다중 약물 어댑터 단백질 기능에 대한 분자적 통찰력을 제공합니다.

다중약물 내성은 박테리아 병원체가 구조적으로 다양한 화합물로부터 치사량을 견뎌낼 수 있는 능력을 의미합니다1. 박테리아의 다약제 내성은 놀라운 속도로 계속 확산되어 전 세계적으로 인류의 건강을 위협하고 있습니다. 2019년에는 박테리아의 다약제 내성으로 인해 전 세계적으로 127만 명이 사망했는데, 이는 HIV와 말라리아를 합친 것보다 더 많은 수치입니다2.

다약제 내성의 주요 메커니즘은 유출 펌프의 활동입니다3,4. 유출 펌프는 일반적으로 항생제 노출에 반응하여 과발현되며 화학적으로 다양한 화합물을 내보내 세포 내 항생제 농도를 낮추고 약물 저항성을 부여할 수 있습니다1. HAE-RND(소수성 및 양친매성 저항성 결절 및 세포 분열) 계열의 운반체는 박테리아의 다약제 저항성에 중요한 역할을 합니다. Escherichia coli AcrAB-TolC는 다른 그람 음성 ESKAPE 박테리아에 걸쳐 동족체를 갖는 이 계열의 원형 구성원입니다5,6,7. 이는 그람 음성 박테리아의 막 외피에 걸쳐 있는 3부분으로 구성된 단백질 복합체입니다. 여기서 AcrB는 복합체의 내부 막 수송체이고, AcrA는 막 융합 단백질(MFP) 단백질 계열의 주변세포질 어댑터 단백질(PAP)이며, TolC입니다. 외부 멤브레인 채널(그림 1a). 양성자 원동력에 의해 에너지를 받은 AcrB는 AcrA와 TolC에 의해 형성된 밀봉된 채널을 통해 항생제를 포함한 기질을 세포 내 환경에서 세포 외부로 운반합니다(그림 1a)8,9.

세포 봉투에 내장된 AcrAB-TolC 복합체의 도식. LPS 지질다당류. b 전체 AcrAB-TolC 복합체(PDB:5O66)23에서 분리된 AcrA의 구조. c AcrA의 세 가지 구성. AcrAL은 신호 펩티드 1-24 절단 후에 지질화된 Cys25를 함유합니다. AcrAS에는 Cys25Met 돌연변이가 포함되어 있으므로 지질화 및 신호 펩타이드가 부족합니다. AcrASD에는 TRRIT 링커로 연결된 두 개의 AcrAS 시퀀스가 ​​포함되어 있습니다. d pH 6.0에서 AcrA 구조물의 기본 MS 특성 분석. MS 이전에 단백질 완충액을 100 mM 암모늄 아세테이트 완충액으로 교환했습니다. AcrAL은 0.03%의 DDM의 2× 임계 미셀 농도(CMC) 존재를 요구했습니다. AcrAL은 단량체와 이량체의 혼합으로, AcrAS는 단량체로, AcrASD는 이량체로 나타납니다. 생물학적 복제물과 두 가지 기본 MS 시스템, 비행 시간 및 궤도 시스템에 의해 수집된 스펙트럼은 이러한 스펙트럼 시그니처가 단백질 준비 또는 MS 검출의 인공물이 아니라는 확신을 제공합니다. 별표(*)가 표시된 봉투는 내재적 장애를 나타내는 더 높은 전하 상태를 나타냅니다. 보충 표 1에서 발견된 질량.

박테리아 집단이 내성을 가지게 된 다양한 기존 항생제의 활동을 '재생'하기 위해 이러한 시스템에 대한 유출 펌프 억제제(EPI)를 개발하려는 노력이 이루어졌습니다. 지금까지는 AcrB 전송자 자체를 대상으로 하는 EPI를 생성하는 데 중점을 두었습니다. 그러나 이전에 확인된 EPI는 독성 문제와 AcrB의 억제제 수송에 대한 난잡한 특성으로 인해 임상 시험으로 진행하지 못했습니다. 따라서 AcrA가 억제를 위한 잠재적인 표적으로 떠오르면서 성공적인 EPI를 생성하기 위한 탐구에서 다른 길을 모색할 필요가 있습니다10,13. 최근 NSC 60339는 공동 실험-계산 화면을 통해 AcrA 억제제로 확인되었습니다. 이전 연구에서는 NSC 60339가 AcrA의 구조 변화를 일으킬 수 있다고 제안했으며 리포일 도메인과 αβ 배럴 도메인 사이의 경계면에서 가능한 결합 사이트(사이트 IV라고 함)를 제안했습니다(그림 1b). 더욱이, AcrA는 최근 E. coli 떼 내에서 박테리아 '괴사 신호'로 확인되어 더욱 다양한 기능을 갖는 것으로 나타났습니다.15 떼의 하위 집단이 죽으면 죽은 세포는 다른 세포의 외부에서 TolC와 결합하는 괴사 신호 AcrA를 방출합니다. 살아있는 세포는 영향을 받은 부위 내 유출을 자극하고 다양한 유출 펌프의 상향 조절을 촉진합니다16. 흥미롭게도 최근 연구에서는 NSC 60339가 AcrA 매개 괴사신호 전달 능력을 억제할 수 있다는 사실도 밝혀졌습니다. 따라서 AcrA 억제의 분자 메커니즘을 이해하는 것은 미래의 EPI 및 괴사신호 전달 약물 발견에 중요합니다. 그러나 AcrA 억제 메커니즘은 아직 파악하기 어렵습니다.