Desvelado el mecanismo catalítico de NagZ, una enzima clave en la resistencia a antibióticos de Pseudomonas aeruginosa NagZ de Pseudomonas aeruginosa cataliza el primer paso del reciclaje de los muropéptidos (fragmentos naturales de la pared bacteriana) en el citoplasma y regula la expresión de la -lactamasa, la enzima clave en la resistencia a antibióticos -lactámicos. Los aspectos estructurales y funcionales de la catálisis de NagZ se investigaron mediante un total de siete estructuras cristalinas, dinámica molecular y por mutagénesis dirigida. Las estructuras muestran cambios estructurales profundos requeridos para la activación y descubren al Zn como un regulador de su actividad. El trabajo proporciona una imagen de todos los pasos del ciclo catalítico de NagZ en este importante patógeno humano.
Resumen
The N-acetylglucosaminidase NagZ of Pseudomonas aeruginosa catalyzes the first cytoplasmic step in recycling of muropeptides, cell-wall-derived natural products. This reaction regulates gene expression for the β-lactam resistance enzyme, β-lactamase. The enzyme catalyzes hydrolysis of N-acetyl-β-d-glucosamine-(1→4)-1,6-anhydro-N-acetyl-β-d-muramyl-peptide (1) to N-acetyl-β-d-glucosamine (2) and 1,6-anhydro-N-acetyl-β-d-muramyl-peptide (3). The structural and functional aspects of catalysis by NagZ were investigated by a total of seven X-ray structures, three computational models based on the X-ray structures, molecular-dynamics simulations and mutagenesis. The structural insights came from the unbound state and complexes of NagZ with the substrate, products and a mimetic of the transient oxocarbenium species, which were prepared by synthesis. The mechanism involves a histidine as acid/base catalyst, which is unique for glycosidases. The turnover process utilizes covalent modification of D244, requiring two transition-state species and is regulated by coordination with a zinc ion. The analysis provides a seamless continuum for the catalytic cycle, incorporating large motions by four loops that surround the active site.
Sobre el grupo investigador
La investigación en el grupo de Juan A. Hermoso se centra en la caracterización estructural de los mecanismos de virulencia y patogénesis bacteriana y en el modo de superarlos. Nos hemos focalizado en la Biología Estructural de las proteínas de la superficie bacteriana involucradas en funciones clave, tales como unión del patógeno al hospedador humano, resistencia a antibióticos, división o los procesos de remodelado de la pared bacteriana, cruciales en el desarrollo de la enfermedad infecciosa (http://www.xtal.iqfr.csic.es/grupo/xjuan/). Iván Acebrón ha desarrollado este trabajo como postdoctoral en el grupo de J.A. Hermoso y se encuentra actualmente en el grupo de D. Lietha en el CNIO.X.
Referencia del artículo
JACS; 2017 May 8; 139(20):6795-6798.
https://doi.org/10.1021/jacs.7b01626
