Structural and functional analysis of the Mycobacterium tuberculosis MmpS5L5 efflux pump presages increased bedaquiline resistance

基岩 流出 周质间隙 化学 突变 抗药性 多药耐药相关蛋白 药品 抑制因子 生物物理学 多重耐药 生物 药理学 遗传学 细胞生物学 细胞 生物化学 调节器 膜转运蛋白 计算生物学 运输机
作者
Adam J. Fountain,Jan Böhning,Stephen H. McLaughlin,Tomos E. Morgan,Paul H. Edelstein,Mark Troll,Meindert H. Lamers,Tanmay A. M. Bharat,Ben F. Luisi,Lalita Ramakrishnan
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:122 (39): e2516660122-e2516660122 被引量:3
标识
DOI:10.1073/pnas.2516660122
摘要

Bedaquiline, an antitubercular drug that targets ATP-synthase, is a key component of a new oral drug regimen that has revolutionized the treatment of multidrug-resistant tuberculosis. Clinical bedaquiline resistance in Mycobacterium tuberculosis has rapidly emerged, primarily due to mutations in the transcriptional repressor Rv0678 that result in upregulation of the resistance-nodulation-division (RND) efflux pump MmpS5/MmpL5 (MmpS5L5). Here, to understand how MmpS5L5 effluxes bedaquiline, we determined the structure of the MmpS5L5 complex using cryo-electron microscopy, revealing a trimeric architecture distinct from the canonical tripartite RND efflux pumps of gram-negative bacteria. Structure prediction modeling in conjunction with functional genetic analysis indicates that it uses a periplasmic coiled-coil tube to transport molecules across the cell wall. Structure-guided genetic approaches identify MmpL5 mutations that alter bedaquiline transport; these mutations converge on a region in MmpL5 located in the lower portion of the periplasmic cavity, proximal to the outer leaflet of the inner membrane, suggesting a route for bedaquiline entry into the pump. While currently known clinical resistance to bedaquiline is due to pump upregulation, our findings that several MmpL5 variants increase bedaquiline efflux may presage the emergence of additional modes of clinical resistance.

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