Ribosomal resistance to macrolide antibiotics and their effect on translation accuracy

• Auteur / Autrice : Karolína Buriánková
• Direction : Jean-Luc Pernodet, Jaroslav Weiser
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11 en cotutelle avec Université Charles, Prague

Mots clés

Mots clés libres

Luciferase

Mycobacterium

Résumé

Les macrolides forment un groupe homogène d'agents antibactériens produits par des Streptomyces et d'autres actinomycètes. Ils inhibent la synthèse protéique des bactéries par liaison à la sous-unité ribosomique 50S, ce qui empêche son assemblage ou son fonctionnement. La première partie de ce manuscrit porte sur l'effet des macrolides sur la fidélité de traduction. Nous avons utilisé comme système rapporteur la luciférase de Vibrio harveyi avec un codon stop introduit au début du gène luxB pour mesurer in vivo la suppression de ce codon stop. L'érythromycine augmente la trans-lecture du codon stop UAG et diminue donc la fidélité de traduction, en accord avec l'hypothèse selon laquelle les macrolides agissent en début d'élongation. Cet effet a été confirmé par l'étude du taux global d'erreur en utilisant l'électrophorèse 2-D des protéines. La deuxième partie porte sur la résistance naturelle aux macrolides chez les mycobactéries du complexe M. Tuberculosis (CMT), résistance généralement attribuée à la structure spécifique de la paroi des mycobactéries. Nous avons identifié un gène codant une méthyltransférase de type Erm, modifiant les ribosomes et conférant la résistance aux macrolides. Ce gène, appelé ermMT, est conservé chez tous les membres du CMT mais est affecté par une délétion dans certaines souches vaccinales de M. Bovis BCG comme BCG Pasteur. Cette dernière souche est sensible aux macrolides, alors que les autres membres du CMT sont résistants. L'expression de ermMT dans des mycobactéries sensibles aux macrolides confère la résistance. La comparaison des niveaux de résistance et de l'affinité pour l'érythromycine des ribosomes de souches exprimant ermMT ou d'autres gènes erm indique que ermMT confère une résistance de type I aux macrolides, lincosamides et streptogramines, correspondant à la mono-méthylation de A2058 dans l'ARN 23S. Nos résultats montrent que ermMT joue un rôle majeur dans la résistance naturelle aux macrolides chez les mycobactéries du CMT.

Macrolide antibiotics constitute a homogenous group of antibacterial agents produced by Streptomyces or related Actinobacteria. They inhibit protein synthesis in bacteria by binding to the 50S ribosomal subunit, preventing its assembly or inhibiting its function. In the first part of this thesis the effect of macrolides on translation accuracy was studied. We have used the reporter system based on Vibrio harveyi luciferase with a stop codon inserted in the proximal part of the luxB gene for the in vivo measurement of the nonsense codon readthrough. Erythromycin stimulated the leadthrough of the UAG stop codon and thus the decrease of the translation accuracy. This is in agreement with the hypothesis that macrolides influence the early stages of elongation process. The misreading effect of macrolides was confirmed by the study of global error frequencies using the 2-D gel electrophoresis of proteins. The second part deals with the intrinsic macrolide resistance of the Mycobacterium tuberculosis complex (MTC), generally attributed to the low permeability of the mycobacterial cell wall. However we have shown that a gene, whose product confers macrolide resistance by ribosome modification, was present in all members of the MTC. It was named ermMT (erm. 37). Part of the ermMT is deleted in some vaccinal strains of Mycobacterium bovis BCG, such as the Pasteur strain. The Pasteur strain was susceptible to macrolides, whereas MTC species were resistant to them. The expression of ermMT in the macrolide-sensitive Mycobacterium strains conferred macrolide resistance. Comparison of the resistance patterns and ribosomal affinity for erythromycin of Mycobacterium host strains expressing ermMT or other erm genes indicates that ermMT confers a type I resistance to macrolides, lincosamides and streptogramins, coiresponding to the mono-methylation of A2058 in 23S rRNA. Our results indicate that ermMT plays a major role in the intrinsic macrolide resistance of members of the MTC.