緑膿菌におけるAMPC駆動型β-ラクタム耐性の調節：異なる経路、異なるシグナル伝達

染色体AMPCβ-ラクタマーゼの過剰産生は、緑膿菌におけるβ-ラクタム耐性を駆動する主要なメカニズムであり、根底にある呼吸器疾患の患者に院内急性および慢性感染症を引き起こす主要な日和見病原体の1つです。効果的な抗義理薬の不足の現在のシナリオでは、この恐ろしい病原体に対する新しい治療薬を開発するためにAMPCハイパープロダクションを媒介する分子メカニズムを理解することは非常に重要です。数十年にわたり、特定の細胞壁由来の可溶性フラグメント（ムルペプチド）は、転写調節因子AMPRと複合し、AMPC発現を活性化/抑制するさまざまな立体構造を取得することにより、AMPC産生を調節することが受け入れられてきました。しかし、これらのペプチドグリカン由来のシグナルは、非常に一般的なP.緑膿菌安定したAMPCハイパープロデューサー変異体で特徴付けられたことはありません。ここでは、セフォキシチチン誘導（1,6-アンヒドロ-N-アセチルムラミル - ペンタペプチド）中に過渡AMPCの過剰発現を可能にする前述のフラグメントがDACB（ペニシリン結合タンパク質4 [PBP4]）変異駆動安定的な高プロデューション以外に根底にあることを示しています。AMPDノックアウト変異体で特に過剰に蓄積されている1,6-アンヒドロ-N-アセチルムラミル - トリペプチドから。さらに、両方の活性化因子の同時に大きな蓄積は、より高いレベルのAMPCハイパープロダクションにリンクされているように見えますが、我々の結果は、1,6-アンヒドロ-N-アセチルムラミル - ペンタペプチドのはるかに強いAMPC活性化効力を示唆しています。集合的に、我々の結果は、β-ラクタマーゼ産生の経路とレベルに応じて定性的および定量的な特異性を備えた活性化因子フラグメントがリプレッサー（UDP-N-アセチルムラミル - ペンタペプチド）を支配するAMPC制御のモデルを提案します。この研究は、緑膿菌におけるAMPC依存性β-ラクタム耐性の基礎を理解するための主要なステップを表しています。抗生物質と細菌の適応能力は、現在の主要な世界的な健康上の課題の1つである、明らかに抗菌性耐性の止められない増加をもたらしました。主要な院内病原体緑膿菌では、突然変異駆動型のAMPCβ-ラクタマーゼ過産生が主な耐性メカニズムとして際立っていますが、このシステムを可能にする分子手がかりはこれまでとらえどころのないままでした。ここでは、AMPCハイパープロダクションのさまざまなレベルと経路を説明する可溶性細胞壁由来のフラグメントに関する直接的かつ定量的な情報を初めて提供します。これらの結果に基づいて、最終的にAMPCの拡大と抵抗を支配する信号の階層モデルを提案します。

The hyperproduction of the chromosomal AmpC β-lactamase is the main mechanism driving β-lactam resistance in Pseudomonas aeruginosa, one of the leading opportunistic pathogens causing nosocomial acute and chronic infections in patients with underlying respiratory diseases. In the current scenario of the shortage of effective antipseudomonal drugs, understanding the molecular mechanisms mediating AmpC hyperproduction in order to develop new therapeutics against this fearsome pathogen is of great importance. It has been accepted for decades that certain cell wall-derived soluble fragments (muropeptides) modulate AmpC production by complexing with the transcriptional regulator AmpR and acquiring different conformations that activate/repress ampC expression. However, these peptidoglycan-derived signals have never been characterized in the highly prevalent P. aeruginosa stable AmpC hyperproducer mutants. Here, we demonstrate that the previously described fragments enabling the transient ampC hyperexpression during cefoxitin induction (1,6-anhydro-N-acetylmuramyl-pentapeptides) also underlie the dacB (penicillin binding protein 4 [PBP4]) mutation-driven stable hyperproduction but differ from the 1,6-anhydro-N-acetylmuramyl-tripeptides notably overaccumulated in the ampD knockout mutant. In addition, a simultaneous greater accumulation of both activators appears linked to higher levels of AmpC hyperproduction, although our results suggest a much stronger AmpC-activating potency for the 1,6-anhydro-N-acetylmuramyl-pentapeptide. Collectively, our results propose a model of AmpC control where the activator fragments, with qualitative and quantitative particularities depending on the pathways and levels of β-lactamase production, dominate over the repressor (UDP-N-acetylmuramyl-pentapeptide). This study represents a major step in understanding the foundations of AmpC-dependent β-lactam resistance in P. aeruginosa, potentially useful to open new therapeutic conceptions intended to interfere with the abovementioned cell wall-derived signaling.IMPORTANCE The extensive use of β-lactam antibiotics and the bacterial adaptive capacity have led to the apparently unstoppable increase of antimicrobial resistance, one of the current major global health challenges. In the leading nosocomial pathogen Pseudomonas aeruginosa, the mutation-driven AmpC β-lactamase hyperproduction stands out as the main resistance mechanism, but the molecular cues enabling this system have remained elusive until now. Here, we provide for the first time direct and quantitative information about the soluble cell wall-derived fragments accounting for the different levels and pathways of AmpC hyperproduction. Based on these results, we propose a hierarchical model of signals which ultimately govern ampC hyperexpression and resistance.