70Sリボソームに結合したジリスロマイシンの高分解能低温電子顕微鏡構造からマクロライド阻害活性が向上したことを明らかにした

Insights into the improved macrolide inhibitory activity from the high-resolution cryo-EM structure of dirithromycin bound to the 70S ribosome.

• Evgeny B Pichkur
• Alena Paleskava
• Andrey G Tereshchenkov
• Pavel Kasatsky
• Ekaterina S Komarova
• Dmitrii I Shiriaev
• Alexey A Bogdanov
• Olga A Dontsova
• Ilya A Osterman
• Petr V Sergiev
• Yury S Polikanov
• Alexander G Myasnikov
• Andrey L Konevega

抄録

マクロライドは、リボソームの活性部位の近くに結合し、タンパク質合成を阻害することにより、病原性細菌の増殖を殺すか、または停止させる抗菌薬の中で最も成功しており、広く使用されているクラスの一つです。ジリスロマイシンは、プロトタイプのマクロライドであるエリスロマイシンの誘導体であり、疎水性の側鎖を追加したものである。私たちは最近の研究で、ジリスロマイシンの側鎖が70Sリボソームのリボソームタンパク質uL4のHis69残基の芳香族イミダゾール環と一対-πスタッキング相互作用を形成していることを発見しました。今回の研究では、側鎖の存在やリボソームとの接触は、ジリスロマイシンのリボソームへの結合親和性を向上させるものではないことがわかった。しかし、ジリスロマイシンは、親化合物であるエリスロマイシンと比較して、in vitroでのタンパク質合成をより強力に阻害することがわかりました。高分解能の低温電子顕微鏡を用いて、ジリスロマイシンが70Sリボソームに結合している構造を決定しました。

Macrolides are one of the most successful and widely used classes of antibacterials, which kill or stop the growth of pathogenic bacteria by binding near the active site of the ribosome and interfering with protein synthesis. Dirithromycin is a derivative of the prototype macrolide erythromycin with additional hydrophobic side chain. In our recent study, we have discovered that the side chain of dirithromycin forms lone pair-π stacking interaction with the aromatic imidazole ring of the His69 residue in ribosomal protein uL4 of the 70S ribosome. In the current work, we found that neither the presence of the side chain, nor the additional contact with the ribosome, improve the binding affinity of dirithromycin to the ribosome. Nevertheless, we found that dirithromycin is a more potent inhibitor of in vitro protein synthesis in comparison with its parent compound, erythromycin. Using high-resolution cryo-electron microscopy, we determined the structure of the dirithromycin bound to the translating 70S ribosome, which suggests that the better inhibitory properties of the drug could be rationalized by the side chain of dirithromycin pointing into the lumen of the nascent peptide exit tunnel, where it can interfere with the normal passage of the growing polypeptide chain.

© 2020 Pichkur et al.; Published by Cold Spring Harbor Laboratory Press for the RNA Society.