薬剤耐性クラスD β-ラクタマーゼのカルバペネム加水分解触媒機構

耐药D类β-内酰胺酶碳青霉烯水解催化机制

• 批准号: 18K07118
• 负责人: 齊野 廣道
• 金额: $ 2.08万
• 依托单位: Aoyama Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-01 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18K07118/
• 关键词: 薬剤耐性; カルバペネム; アシネトバクター; 多剤耐性菌; ラクタマーゼ; 抗菌薬; OXA-58; 酵素; X線結晶構造解析

カルバペネム耐性菌は最も警戒される薬剤耐性菌であり、これまで多剤耐性菌にも有効な抗菌薬であったカルバペネムに対しても耐性を示すことから、カルバペネム耐性菌に有効な新規抗菌薬の開発を最優先課題として位置付ける勧告が2017年からWHOや米国CDCによって発せられている。中でもアシネトバクター属の常在菌であるカルバペネム耐性アシネトバクターは、ICU内の院内感染によって重篤な肺炎を引き起こす。本研究では、新しい抗菌薬の開発に資するために、アシネトバクター・バウマニ由来のカルバペネム分解酵素であるOXA-58の構造機能研究によって、抗菌薬カルバペネムの分解機構を分析し報告した。OXA-58 の X 線結晶構造解析によって、OXA-58 のカルバペネム分解活性を大幅に上昇させる活性残基の翻訳後修飾であるカルボキシ化リジンが、水素結合ネットワークによって酵素の安定性を増大させることが明らかになった。OXA-58がカルバペネムを分解する過程で生じる酵素-薬剤複合体であるアシル中間体の X 線結晶構造解析によって、OXA-58 がカルバペネム分解において薬剤を捕捉し、カルバペネムの β-ラクタム環を分解したのち、加水分解反応に至る反応機構にとって重要な活性部位の立体構造を解析した。その構造から、加水分解にとって重要なステップである加水分解を触媒する水分子の結合や、酵素活性部位内で起こるカルバペネム骨格の異性化反応など、通常の β-ラクタム系抗菌薬の分解過程とは異なる複雑な反応機構が示唆された。

Carbapenem-resistant bacteria are the most vigilant drug-resistant bacteria, and are resistant to carbapenem, which has previously been an antibiotic that is also effective against multidrug-resistant bacteria, so the WHO and the US CDC have issued recommendations since 2017 to position the development of new antibiotics effective against carbapenem-resistant bacteria as their top priority.其中，抗碳纤维杆菌是杆菌杆菌的一种常见细菌，由于ICU内的医院 - 运动杆菌感染而导致严重的肺炎。在这项研究中，为了为新抗生素的发展做出贡献，我们通过研究了从Acinetabacter Baumani衍生而来的Oxa-58的结构功能，分析并报告了抗生素碳青霉烯的降解机制。 OXA-58的X射线晶体学表明，羧化赖氨酸是活性残基的翻译后修饰，可显着增加OXA-58的碳青霉烯酸化活性，可通过氢键通过氢键来增加酶稳定性。 By X-ray crystallography analysis of the acyl intermediate, an enzyme-drug complex produced by OXA-58, w​​hen OXA-58 decomposes the carbapenem, we analyzed the three-dimensional structure of the active site, which is important for the reaction mechanism leading to the hydrolysis reaction, after which OXA-58 captures the drug during carbapenem degradation, decomposes the β-lactam ring of the碳青霉烯，然后分析活性位点的三维结构，这对于导致水解反应的反应机理很重要。该结构提出了一种复杂的反应机制，该机制与β-内酰胺抗生素的通常降解过程不同，例如催化水解的水分子的结合，水解水解的重要步骤，以及在活性酶位点发生的碳苯甲酸甲链的异构反应。