グラム陽性病原体の抗リランス標的のin vitro特性、ペプチドグリカンO-アセチルトランスフェラーゼ（OATA）

必須細胞壁ポリマーペプチドグリカンのOアセチル化は、ブドウ球菌、連鎖球菌、腸球菌の種を含むほとんどのグラム陽性細菌病原体で発生します。ペプチドグリカンへのこの修飾は、これらの病原体を自然免疫システムのリゾチームの溶解作用から保護し、そのため、毒性因子として認識されています。関与する重要な酵素であるペプチドグリカンO-アセチルトランスフェラーゼA（OATA）は、基質が不溶性ペプチドグリカン細胞壁ポリマーである膜関連タンパク質であるため、生化学研究に対する特定の課題を表しています。OATAは、c末端の外部領域ドメインにリンクされたN末端積分膜ドメインで構成されているバイモジュラーであると予測されています。ここでは、2つの重要なヒト病原体、黄色ブドウ球菌および肺炎連鎖球菌の2つの重要なヒト病原体からのOATAのC末端触媒ドメインの最初の生化学的および速度論的特性を示します。偽堆積と新規生合成が準備されたペプチドグリカンポリマーの両方を使用して、2つの酵素の異なる基質特異性を特徴づけました。さらに、C末端ドメインの高解像度結晶構造は、アミノ酸の触媒トライアドではなく非標準的なオキシアニオン穴構造を備えたSGNH/GDSL様ヒドロラーゼfoldを明らかにします。部位固有の置換により、触媒およびオキシアニオン穴の残留物の同一性が確認されました。ペプチドグリカンのO-アセチル化のためのモデルが提示されます。これにより、細胞質膜を横切る細胞質源からのアセチル基の転座が、C末端ドメインによるペプチドグリカンへの移植のために、OATAのN末端ドメインによって触媒されます。OATAの構造機能関係に関するこの研究は、この細菌耐性メカニズムの分子的および機構的理解を提供し、グラム陽性病原体に対する自然免疫保護を強化するために、新規化学療法探索の見通しを開きます。

The O-acetylation of the essential cell wall polymer peptidoglycan occurs in most Gram-positive bacterial pathogens, including species of Staphylococcus, Streptococcus and Enterococcus. This modification to peptidoglycan protects these pathogens from the lytic action of the lysozymes of innate immunity systems and, as such, is recognized as a virulence factor. The key enzyme involved, peptidoglycan O-acetyltransferase A (OatA) represents a particular challenge to biochemical study since it is a membrane associated protein whose substrate is the insoluble peptidoglycan cell wall polymer. OatA is predicted to be bimodular, being comprised of an N-terminal integral membrane domain linked to a C-terminal extracytoplasmic domain. We present herein the first biochemical and kinetic characterization of the C-terminal catalytic domain of OatA from two important human pathogens, Staphylococcus aureus and Streptococcus pneumoniae. Using both pseudosubstrates and novel biosynthetically-prepared peptidoglycan polymers, we characterized distinct substrate specificities for the two enzymes. In addition, the high resolution crystal structure of the C-terminal domain reveals an SGNH/GDSL-like hydrolase fold with a catalytic triad of amino acids but with a non-canonical oxyanion hole structure. Site-specific replacements confirmed the identity of the catalytic and oxyanion hole residues. A model is presented for the O-acetylation of peptidoglycan whereby the translocation of acetyl groups from a cytoplasmic source across the cytoplasmic membrane is catalyzed by the N-terminal domain of OatA for their transfer to peptidoglycan by its C-terminal domain. This study on the structure-function relationship of OatA provides a molecular and mechanistic understanding of this bacterial resistance mechanism opening the prospect for novel chemotherapeutic exploration to enhance innate immunity protection against Gram-positive pathogens.