Analyse génétique des acétyltransférases bactériennes : identification des acides aminés déterminant les spécificités des protéines aminoglycoside 6'-N-acétyltransférase Ib et IIa

Les enzymes aminoglycoside 6'-N-acétyltransférase AAC(6')-I et AAC(6')-II représentent une classe de protéines bactériennes capables d'acétyler la tobramycine, la netilmicine et la 2'-N-éthylnetilmicine. Cependant, une différence importante existe dans leurs capacités à modifier l'amikacine et la gentamicine. Les enzymes AAC(6')-I sont capables de modifier l'amikacine. En revanche, les enzymes AAC(6')-II sont capables de modifier la gentamicine. La comparaison des séquences nucléotidiques du gène aac(6')-Ib et du gène aac(6')-IIa a montré une identité de séquence de 74 % (K. J. Shaw, C. A. Cramer, M. Rizzo, R. Mierzwa, K. Gewain, G. H. Miller et R. S. Hare, Antimicrob. Agents Chemother. 33:2052-2062, 1989). La comparaison des séquences protéiques déduites a montré 76 % d'identité et 82 % de similarité des acides aminés. Une analyse génétique de ces deux protéines a été initiée pour déterminer quels acides aminés étaient responsables des différences de spécificité. Les résultats des échanges de domaines, qui ont créé des protéines hybrides AAC(6'), ont indiqué que les acides aminés dans la moitié carboxyle des protéines étaient largement responsables de la détermination de la spécificité. Des mutations déplaçant la spécificité de la protéine AAC(6')-Ib vers celle de la protéine AAC(6')-IIa (c'est-à-dire résistance à la gentamicine et sensibilité à l'amikacine) ont été isolées. L'analyse de séquence d'ADN de quatre isolats indépendants a révélé des changements de bases provoquant la même substitution d'acide aminé, une leucine vers sérine, à la position 119. Fait intéressant, cette sérine se trouve naturellement à la même position dans la protéine AAC(6')-IIa. La mutagenèse dirigée par oligonucléotide a été utilisée pour construire le changement d'acide aminé correspondant, une sérine vers leucine, dans la protéine AAC(6')-IIa. Ce changement a entraîné la conversion de la spécificité du substrat de la protéine AAC(6')-IIa en celle de AAC(6')-Ib. L'analyse des substitutions d'acides aminés supplémentaires dans cette région de AAC(6')-Ib soutient le modèle selon lequel nous avons identifié un domaine de liaison à l'aminoglycoside de ces protéines.