Crystal structure of the metallo-β-lactamase GOB in the periplasmic dizinc form reveals an unusual metal site

Autores
Moran Barrio, Jorgelina; Lisa, María Natalia; Larrieux, Nicole; Drusin, Salvador Iván; Viale, Alejandro Miguel; Moreno, Diego Martin; Buschiazzo, Alejandro; Vila, Alejandro Jose
Año de publicación
2016
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Metallo-beta-lactamases (MBLs) are broad-spectrum, Zn(II)-dependent lactamases able to confer resistance to virtually every β-lactam antibiotic currently available. The large diversity of active-site structures and metal content among MBLs from different sources has limited the design of a pan-MBL inhibitor. GOB-18 is a divergent MBL from subclass B3 that is expressed by the opportunistic Gram-negative pathogen Elizabethkingia meningoseptica. This MBL is atypical, since several residues conserved in B3 enzymes (such as a metal ligand His) are substituted in GOB enzymes. Here, we report the crystal structure of the periplasmic di-Zn(II) form of GOB-18. This enzyme displays a unique active-site structure, with residue Gln116 coordinating the Zn1 ion through its terminal amide moiety, replacing a ubiquitous His residue. This situation contrasts with that of B2 MBLs, where an equivalent His116Asn substitution leads to a di-Zn(II) inactive species. Instead, both the mono- and di-Zn(II) forms of GOB-18 are active against penicillins, cephalosporins, and carbapenems. In silico docking and molecular dynamics simulations indicate that residue Met221 is not involved in substrate binding, in contrast to Ser221, which otherwise is conserved in most B3 enzymes. These distinctive features are conserved in recently reported GOB orthologues in environmental bacteria. These findings provide valuable information for inhibitor design and also posit that GOB enzymes have alternative functions.
Fil: Moran Barrio, Jorgelina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentina
Fil: Lisa, María Natalia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentina. Instituto Pasteur de Montevideo; Uruguay
Fil: Larrieux, Nicole. Instituto Pasteur de Montevideo; Uruguay
Fil: Drusin, Salvador Iván. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmaceuticas. Departamento de Química y Física; Argentina
Fil: Viale, Alejandro Miguel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentina
Fil: Moreno, Diego Martin. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmaceuticas. Departamento de Química y Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; Argentina
Fil: Buschiazzo, Alejandro. Instituto Pasteur de Montevideo; Uruguay. Instituto Pasteur; Francia
Fil: Vila, Alejandro Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentina
Materia
METALO BETA LACTAMASE
ANTIBIOTIC RESISTANCE
Elizabethkingia meningoseptica
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
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Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
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Here, we report the crystal structure of the periplasmic di-Zn(II) form of GOB-18. This enzyme displays a unique active-site structure, with residue Gln116 coordinating the Zn1 ion through its terminal amide moiety, replacing a ubiquitous His residue. This situation contrasts with that of B2 MBLs, where an equivalent His116Asn substitution leads to a di-Zn(II) inactive species. Instead, both the mono- and di-Zn(II) forms of GOB-18 are active against penicillins, cephalosporins, and carbapenems. In silico docking and molecular dynamics simulations indicate that residue Met221 is not involved in substrate binding, in contrast to Ser221, which otherwise is conserved in most B3 enzymes. These distinctive features are conserved in recently reported GOB orthologues in environmental bacteria. These findings provide valuable information for inhibitor design and also posit that GOB enzymes have alternative functions.Fil: Moran Barrio, Jorgelina. 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