(p)ppGpp合成酵素RSHは、CDIにおける定常期の発症と抗生物質ストレスの生存を媒介している

The (p)ppGpp synthetase RSH mediates stationary phase onset and antibiotic stress survival in .

• Astha Pokhrel
• Asia Poudel
• Kory B Castro
• Michael J Celestine
• Adenrele Oludiran
• Alden J Rinehold
• Anthony M Resek
• Mariam A Mhanna
• Erin B Purcell

抄録

ヒトの病原体は複数の抗生物質に対する耐性を増しており、再発率の高い感染症を引き起こしており、新たな予防・治療戦略が急務となっている。ここでは、(p)ppGpp合成酵素RSHがGTPやGMPを基質として利用できないが、GDPからppGppを容易に合成することを報告している。また、この酵素は構造的に多様な金属補酵素を反応触媒に利用しており、広い範囲の環境pHで機能的に安定であることがわかった。RSHの転写は、定常相の発現や抗生物質であるクリンダマイシンやメトロニダゾールへの曝露によって刺激される。ppGppアナログRelacinによるRSHの化学的阻害は、流行病R20291における抗生物質感受性を増加させ、RSH阻害剤は感染症に対する薬剤開発のための実行可能な戦略である可能性があることを示している。最後に、RSHの転写抑制もまた、細菌の抗生物質感受性を増加させ、RSHが抗生物質耐性および生存に寄与していることを示唆している。 感染症（CDI）は、原因細菌が抗生物質の生存率が高いこともあり、再発率の高い緊急の公衆衛生上の脅威である。(p)ppGppを代謝する酵素は哺乳類のホモログを持たないため、(p)ppGppを媒介する細菌のストリンジェント応答（SR）は、多様な病原体における抗生物質耐性に役割を果たしており、新規抗菌薬開発の潜在的なターゲットとなっている。我々は、定常期の発症と抗生物質がクロストリジウムppGpp合成酵素RSHの発現を誘導し、RSHの化学的阻害と翻訳的抑制の両方が抗生物質感受性を増加させることを報告した。このことは、抗生物質治療のアジュバントとして機能するRSH阻害剤の開発が、CDIと闘う新しい戦略の開発のための潜在的なアプローチであることを示している。

The human pathogen is increasingly tolerant of multiple antibiotics and causes infections with a high rate of recurrence, creating an urgent need for new preventative and therapeutic strategies. The stringent response, a universal bacterial response to extracellular stress, governs antibiotic survival and pathogenesis in diverse organisms but has not previously been characterized in Here, we report that the (p)ppGpp synthetase RSH is incapable of utilizing GTP or GMP as a substrate but readily synthesizes ppGpp from GDP. The enzyme also utilizes many structurally diverse metal cofactors for reaction catalysis and remains functionally stable at a wide range of environmental pH. Transcription of is stimulated by stationary phase onset and by exposure to the antibiotics clindamycin and metronidazole. Chemical inhibition of RSH by the ppGpp analog Relacin increases antibiotic susceptibility in epidemic R20291, indicating that RSH inhibitors may be a viable strategy for drug development against infection. Finally, transcriptional suppression of also increases bacterial antibiotic susceptibility, suggesting that RSH contributes to antibiotic tolerance and survival. infection (CDI) is an urgent public health threat with a high recurrence rate, in part because the causative bacterium has a high rate of antibiotic survival. The (p)ppGpp-mediated bacterial stringent response (SR) plays a role in antibiotic tolerance in diverse pathogens and is a potential target for development of new antimicrobials because the enzymes that metabolize (p)ppGpp have no mammalian homologs. We report that stationary phase onset and antibiotics induce expression of the clostridial ppGpp synthetase RSH and that both chemical inhibition and translational suppression of RSH increases antibiotic susceptibility. This demonstrates that development of RSH inhibitors to serve as adjuvants to antibiotic therapy is a potential approach for the development of new strategies to combat CDI.

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