U sklopu projekta “Investigation of substrate and editing specificity in tRNA synthetases and the mechanism of antibiotic action” voditelja prof. dr. sc. Ite Gruić Sovulj (Prirodoslovno-matematički fakutet Sveučilišta u Zagrebu) i prof. Nenada Bana (ETH Zürich), a financiranog od strane Hrvatske zaklade za znanost i Švicarske zaklade za znanost unutar Hrvatsko-švicarskog istraživačkog programa (CSRP), objavljen je rad Antibiotic hyper-resistance in a class I aminoacyl-tRNA synthetase with altered active site signature motif u prestižnom časopisu Nature Communications.
Aminoacil-tRNA-sintetaze su ključni enzimi prijenosa genetičke informacije koji povezuju pripadan par aminokiseline i tRNA u procesu biosinteze proteina. Dijele se u dva evolucijski neovisna razreda, I i II. Katalitičke domene pripadnika istog razreda posjeduju izuzetno visoko očuvane katalitičke motive koji klasificiraju navedene domene.
Izoleucil-tRNA-sintetaza (IleRS) je enzim razreda I koji kontrolira ugradnju izoleucina u proteine. Postoje dva tipa IleRS kod bakterija; IleRS1 inhibiran je prirodnim antibiotikom mupirocinom, dok je za inhibiciju enzima IleRS2 potrebna minimalno 1000-puta veća koncentracija mupirocina u odnosu na tip 1. Iz navedenog razloga, posjedovanje gena koji kodira IleRS2 donosi bakteriji rezistenciju na mupirocin i neki patološki mikroorganizmi, poput meticilin-rezistentnog Staphylococcus aureus, postižu mupirocinsku rezistenciju zaprimajući gen za IleRS2 na plazmidu.
U sklopu ovog rada otkriveno je da u prirodi, uz kanonske IleRS2, postoje IleRS2 koje imaju promijenjen ključni katalitički motiv (HIGH; histidil-izoleucil-glicil-histidin) karakterističan za sve aminoacil-tRNA-sintetaze razreda I. Navedena promjena tog motiva nije bila do sada uočena, a budući da motiv predstavlja srž očuvanog katalitičkog mjesta nije se ni smatrala prihvatljivom. Rezultati su pokazali da promjena motiva HIGH kod IleRS2 doprinosi hiper-rezistenciji na mupirocin, iznenađujuće, bez smanjenja katalitičke efikasnosti enzima. Posve suprotno, kada je metodama genetičkog inženjerstva promijenjeni motiv uveden u IleRS1, autori su dobili inaktivan enzim.
Riješene kristalne strukture IleRS1 i IleRS2, s i bez promijenjenih motiva, ukazale su na elegantan mehanizam funkcionalne zamjene motiva HIGH koja je moguća samo u IleRS2. Riješene strukture navedenih proteina s antibiotikom mupirocinom omogućile su uvid u mehanizam hiper-rezistencije. Istraživanje je pokazalo da i najočuvaniji dio enzima, poput srži katalitičkog mjesta, može podleći evolucijskoj doradi uslijed selekcijskog pritiska.
Vijest o ovom uspjehu objavljena je i na portalu Vecernji.hr.
