Impairing methylations at ribosome RNA, a point mutation-dependent strategy for aminoglycoside resistance: The rsmG case

Abstract

RESUMEN: Introducción. Los aminoglucósidos son moléculas antibióticas capaces de inhibir la síntesis de proteínas bacterianas tras su unión al ribosoma procariota. La resistencia a aminoglucósidos está clásicamente asociada a mutaciones en genes estructurales del ribosoma bacteriano; sin embargo, varios estudios recientes han demostrado, de forma recurrente, la presencia de un nuevo mecanismo dependiente de mutación que no involucra genes estructurales. El gen rsmG es uno de ellos y se caracteriza por codificar una metiltransferasa que sintetiza el nucleósido m7G527 localizado en el loop 530 del ribosoma bacteriano, este último caracterizado como sitio preferencial al cual se une la estreptomicina.

Objetivo. Partiendo de las recientes asociaciones clínicas entre las mutaciones en el gen rsmG y la resistencia a estreptomicina, este estudio se propuso la caracterización de nuevos puntos calientes de mutación en este gen que puedan causar resistencia a estreptomicina usando Escherichia coli como modelo de estudio.

Materiales y métodos. Se indagó sobre el mecanismo genético y molecular por el cual se adquiere la resistencia a estreptomicina y su transición a la resistencia a altas dosis mediante mutagénesis dirigida del gen rsmG y genotipificación del gen rpsL.

Resultados. Se encontró que la mutación N39A en rsmG inactiva la proteína y se reportó un nuevo conjunto de mutaciones en rpsL que confieren resistencia a altas dosis de estreptomicina.

Conclusiones. Aunque los mecanismos genéticos subyacentes permanecen sin esclarecer, se concluyó que dichos patrones secuenciales de mutación podrían tener lugar en otros genes modificadores del ARN bacteriano debido a la conservación evolutiva y al papel crítico que juegan tales modificaciones en la síntesis de proteínas.

ABSTRACT: Introduction: Aminoglycosides like streptomycin are well-known for binding at specific regions of ribosome RNA and then acting as translation inhibitors. Nowadays, several pathogens have been detected to acquire an undefined strategy involving mutation at non structural ribosome genes like those acting as RNA methylases. rsmG is one of those genes which encodes an AdoMet-dependent methyltransferase responsible for the synthesis of m7G527 in the 530 loop of bacterial 16S rRNA. This loop is universally conserved, plays a key role in ribosomal accuracy, and is a target for streptomycin binding. Loss of the m7G527 modification confers low-level streptomycin resistance and may affect ribosomal functioning.Objectives: After taking into account genetic information indicating that some clinical isolates of human pathogens show streptomycin resistance associated with mutations at rsmG, we decided to explore new hot spots for mutation capable of impairing the RsmG in vivo function and of promoting low-level streptomycin resistance.Materials and methods: To gain insights into the molecular and genetic mechanism of acquiring this aminoglycoside resistance phenotype and the emergence of high-level streptomycin resistance in rsmGmutants, we mutated Escherichia coli rsmG and also performed a genotyping study on rpsL from several isolates showing the ability to grow at higher streptomycin concentrations than parental strains.Results: We found that the mutations at rpsL were preferentially present in these mutants, and we observed a clear synergy between rsmG and rpsL genes to induce streptomycin resistance.Conclusion: We contribute to understand a common mechanism that is probably transferable to other ribosome RNA methylase genes responsible for modifications at central sites for ribosome function