Streptomyces lasalocidi의 echinomycin 저항성 부여 단백질 Ecm16의 구조적 및 기능적 분석

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7980(2023) 이 기사 인용

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Echinomycin은 천연물 DNA 이중 삽입 항생제입니다. 스트렙토마이세스 라살로시디(Streptomyces lasalocidi)의 에키노마이신 생합성 유전자 클러스터에는 자가 저항성 단백질 Ecm16을 코딩하는 유전자가 포함되어 있습니다. 여기에서는 아데노신 이인산염에 결합된 Ecm16의 2.0Å 분해능 결정 구조를 제시합니다. Ecm16의 구조는 원핵생물 뉴클레오티드 절단 복구 시스템의 DNA 손상 센서 구성 요소인 UvrA의 구조와 매우 유사하지만 Ecm16에는 UvrB 결합 도메인과 UvrA에서 발견되는 관련 아연 결합 모듈이 부족합니다. 돌연변이 유발 연구에 따르면 Ecm16의 삽입 도메인은 DNA 결합에 필요합니다. 또한, 삽입 도메인의 특정 아미노산 서열을 통해 Ecm16은 에키노마이신 결합 DNA를 정상 DNA와 구별하고 기질 결합을 ATP 가수분해 활성에 연결할 수 있습니다. 이종 숙주 Brevibacillus choshinensis에서 ecm16의 발현은 에키노마이신 및 티오코랄린, 퀴날도펩틴 및 산드라마이신을 포함한 기타 퀴노마이신 항생제에 대한 저항성을 부여했습니다. 우리의 연구는 DNA 이중삽입 항생제 생산자가 생산하는 독성 화합물을 어떻게 방어하는지에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.

퀴노마이신 항생제는 DNA 이중 나선에 비공유적으로 결합하여 작용합니다1. 이들은 DNA의 인접한 염기 쌍 사이에 한 쌍의 방향족 고리 그룹을 삽입하여 DNA 이중체에 가역적으로 결합하는 화합물인 DNA 이중삽입제입니다. 이 화합물 계열은 강력한 항균 및 항종양 활성으로 인해 많은 관심을 받아 왔으며, 이는 생화학적, 구조적 및 임상적 지식의 큰 덩어리로 이어집니다2. 그러나 DNA 이중삽입제에 대한 박테리아 저항성에 대한 기계적 세부 사항은 여전히 ​​제한적입니다. 지금까지 병원성 박테리아에서는 이러한 화합물에 대한 저항성 요소가 발견되지 않았지만 자연 환경에 존재하는 저항성 메커니즘을 확인하고 해명하는 것이 현명합니다. 기본적인 내성 메커니즘에 대한 지식을 통해 연구자들은 퀴노마이신 내성이 임상 문제가 되기 전에 새로운 치료 전략을 개발할 수 있습니다.

퀴노마이신 항생제 생산자는 일반적으로 항생제 생합성 유전자 클러스터 내에서 또는 게놈의 다른 곳에서 발견되는 하나 이상의 자가 저항성 유전자를 포함합니다. 예를 들어, 트리오스틴 생산 박테리아에는 ABC 수송체를 암호화하는 유전자가 포함되어 있고, 티오코랄린 생산자는 ABC 수송체와 티오코랄린 격리 단백질을 암호화하는 유전자를 포함하고 있습니다. 흥미롭게도, 퀴노마이신 생산자는 UvrA에 대한 유전자도 포함하고 있습니다. -생합성 유전자 클러스터의 단백질과 유사합니다(표 1). UvrA는 보편적인 원핵생물 뉴클레오티드 절제 복구(NER) 경로의 DNA 복구 효소입니다. 간단히 말해서, UvrA는 DNA 손상을 인식하고 UvrB를 병변 부위로 모집합니다. UvrB는 변형된 뉴클레오티드의 상류에서 8개의 뉴클레오티드와 최대 5개의 뉴클레오티드 하류의 포스포디에스테르 결합을 절단하는 UvrC를 모집합니다. 다음으로, UvrC는 절단된 DNA 단편을 대체하는 UvrD 헬리카제를 모집합니다. DNA 폴리머라제 I은 손상되지 않은 상보 가닥을 주형으로 사용하여 누락된 DNA 스트레치를 합성하고 DNA 리가제는 파손된 부분을 밀봉하여 복구를 완료합니다6.

Echinomycin은 Streptomyces echinatus 및 Streptomyces lasalocidi(이전에는 S. lasaliensis로 알려짐)7,8,9를 포함한 여러 방선균에 의해 생성되는 원형 DNA 이중삽입제입니다. 이는 두 개의 퀴녹살린 그룹과 특이한 티오아세탈 다리를 포함하는 고리형 뎁시펩티드입니다(그림 3)10. Echinomycin은 메티실린 내성 황색 포도상 구균과 반코마이신 내성 장구균11,12에 대해 강력한 항균 활성을 나타내지만 용해도 및 독성 문제로 인해 임상적으로 사용되지 않습니다. S. lasalocidi의 echinomycin 생합성 유전자 클러스터에는 퀴녹살린 그룹을 합성하는 효소를 암호화하는 유전자, 펩타이드 백본을 구성하는 효소, 기능이 알려지지 않은 단백질을 암호화하는 유전자가 포함되어 있습니다13. 기능적으로 특성이 밝혀지지 않은 단백질 중 하나는 Ecm16이며, 이는 NER 경로에서 기능하는 원핵생물 UvrA 단백질과 공유하는 서열 동일성(~30%)을 기반으로 에키노마이신에 대한 자기 보호를 제공하는 것으로 추정됩니다13.