ブドウ球菌オートライシンによる細胞壁切断の構造的基礎

表皮ブドウ球菌および黄色ブドウ球菌の主要なオートライシン（ATL）は、細胞分離に重要な役割を果たし、それらの変異体も毒性が減衰します。したがって、オートライシンは、新しいタイプの抗生物質の開発の有望な標的を表しています。ここでは、S。表皮の主要なオートライシンからの触媒活性アミダーゼドメインAmie（Amidase S. epidermidis）の高解像度構造を報告します。これは、グラム陽性の細胞壁建築を備えた細菌からのアミダーゼ様foldを持つ最初のタンパク質構造です。Amieは球状のfoldを採用し、いくつかのアルファヘリックスが中央のベータシートを囲んでいます。シーケンスの比較により、埋もれた亜鉛イオンで推定結合部位を定義する保存されたアミノ酸のクラスターが明らかになります。推定活性部位の重要な残基の変異は、活性の喪失をもたらし、触媒メカニズムを提案することができます。また、酵素によって基質として使用できる最小限のペプチドグリカンフラグメントであるムラミルトリペプチドを特定して合成しました。ムラミルトリペプチド誘導体を使用した分子ドッキングおよび消化アッセイにより、リガンド結合の重要な決定因子を特定することができます。これにより、このリガンドの相互作用のもっともらしいモデルがアミーだけでなく、同じfoldを共有する他のPGN-ヒドロラーゼにもなります。Amie Active-Site変異も重度の成長欠陥を示しているため、我々の発見は、ブドウ球菌細胞の分離を標的とする特定の阻害剤の設計のための優れたプラットフォームを提供し、それによりこの病原体の成長を防ぐことができます。

The major autolysins (Atl) of Staphylococcus epidermidis and S. aureus play an important role in cell separation, and their mutants are also attenuated in virulence. Therefore, autolysins represent a promising target for the development of new types of antibiotics. Here, we report the high-resolution structure of the catalytically active amidase domain AmiE (amidase S. epidermidis) from the major autolysin of S. epidermidis. This is the first protein structure with an amidase-like fold from a bacterium with a gram-positive cell wall architecture. AmiE adopts a globular fold, with several alpha-helices surrounding a central beta-sheet. Sequence comparison reveals a cluster of conserved amino acids that define a putative binding site with a buried zinc ion. Mutations of key residues in the putative active site result in loss of activity, enabling us to propose a catalytic mechanism. We also identified and synthesized muramyltripeptide, the minimal peptidoglycan fragment that can be used as a substrate by the enzyme. Molecular docking and digestion assays with muramyltripeptide derivatives allow us to identify key determinants of ligand binding. This results in a plausible model of interaction of this ligand not only for AmiE, but also for other PGN-hydrolases that share the same fold. As AmiE active-site mutations also show a severe growth defect, our findings provide an excellent platform for the design of specific inhibitors that target staphylococcal cell separation and can thereby prevent growth of this pathogen.