Aminoglycosides were one of the first classes of broad-spectrum antibacterial drugs clinically used to effectively combat infections. The rise of resistance to these drugs, mediated by enzymatic modification, has since compromised their utility as a treatment option, prompting intensive research into the molecular function of resistance enzymes. Here, we report the crystal structure of aminoglycoside nucleotidyltransferase ANT(4')-IIb in apo and tobramycin-bound forms at a resolution of 1.6 and 2.15 Å, respectively. ANT(4')-IIb was discovered in the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa and conferred resistance to amikacin and tobramycin. Analysis of the ANT(4')-IIb structures revealed a two-domain organization featuring a mixed β-sheet and an α-helical bundle. ANT(4')-IIb monomers form a dimer required for its enzymatic activity, as coordination of the aminoglycoside substrate relies on residues contributed by both monomers. Despite harbouring appreciable primary sequence diversity compared to previously characterized homologues, the ANT(4')-IIb structure demonstrates a surprising level of structural conservation highlighting the high plasticity of this general protein fold. Site-directed mutagenesis of active site residues and kinetic analysis provides support for a catalytic mechanism similar to those of other nucleotidyltransferases. Using the molecular insights provided into this ANT(4')-IIb-represented enzymatic group, we provide a hypothesis for the potential evolutionary origin of these aminoglycoside resistance determinants.

中文翻译：

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铜绿假单胞菌氨基糖苷4'-O-腺苷酸转移酶ANT（4'）-IIb的结构表征。

氨基糖苷类是临床上可有效对抗感染的第一类广谱抗菌药物之一。此后，通过酶促修饰介导的对这些药物的耐药性上升已经损害了它们作为治疗选择的实用性，从而促使人们对耐药酶的分子功能进行深入研究。在这里，我们报告载脂蛋白和妥布霉素结合形式的氨基糖苷核苷酸转移酶ANT（4'）-IIb的晶体结构，分别为1.6和2.15Å的分辨率。ANT（4'）-IIb被发现于机会性病原菌铜绿假单胞菌中，并赋予了对丁胺卡那霉素和妥布霉素的抗性。ANT（4'）-IIb结构的分析揭示了一个以混合的β-折叠和α-螺旋束为特征的两结构域组织。蚂蚁（4' ）-IIb单体形成其酶促活性所需的二聚体，因为氨基糖苷底物的配位依赖于两种单体贡献的残基。尽管与以前表征的同源物相比具有明显的一级序列多样性，但ANT（4'）-IIb结构却显示出令人惊讶的结构保守水平，突出了这种一般蛋白质折叠的高可塑性。活性位点残基的定点诱变和动力学分析为类似于其他核苷酸转移酶的催化机制提供了支持。使用提供到此ANT（4'）-IIb代表的酶基团的分子见解，我们为这些氨基糖苷抗性决定簇的潜在进化起源提供了一个假设。因为氨基糖苷底物的配位依赖于两种单体贡献的残基。尽管与以前表征的同源物相比具有明显的一级序列多样性，但ANT（4'）-IIb结构却显示出令人惊讶的结构保守水平，突出了这种一般蛋白质折叠的高可塑性。活性位点残基的定点诱变和动力学分析为类似于其他核苷酸转移酶的催化机制提供了支持。使用提供到此ANT（4'）-IIb代表的酶基团的分子见解，我们为这些氨基糖苷抗性决定簇的潜在进化起源提供了一个假设。因为氨基糖苷底物的配位依赖于两种单体贡献的残基。尽管与以前表征的同源物相比具有明显的一级序列多样性，但ANT（4'）-IIb结构却显示出令人惊讶的结构保守水平，突出了这种一般蛋白质折叠的高可塑性。活性位点残基的定点诱变和动力学分析为类似于其他核苷酸转移酶的催化机制提供了支持。使用提供到此ANT（4'）-IIb代表的酶基团的分子见解，我们为这些氨基糖苷抗性决定簇的潜在进化起源提供了一个假设。尽管与以前表征的同源物相比具有明显的一级序列多样性，但ANT（4'）-IIb结构却显示出令人惊讶的结构保守水平，突出了这种一般蛋白质折叠的高可塑性。活性位点残基的定点诱变和动力学分析为类似于其他核苷酸转移酶的催化机制提供了支持。使用提供到此ANT（4'）-IIb代表的酶基团的分子见解，我们为这些氨基糖苷抗性决定簇的潜在进化起源提供了一个假设。尽管与以前表征的同源物相比具有明显的一级序列多样性，但ANT（4'）-IIb结构却显示出惊人的结构保守水平，突显了这种一般蛋白质折叠的高可塑性。活性位点残基的定点诱变和动力学分析为类似于其他核苷酸转移酶的催化机制提供了支持。使用提供到此ANT（4'）-IIb代表的酶基团的分子见解，我们为这些氨基糖苷抗性决定簇的潜在进化起源提供了一个假设。活性位点残基的定点诱变和动力学分析为类似于其他核苷酸转移酶的催化机制提供了支持。使用提供到此ANT（4'）-IIb代表的酶基团的分子见解，我们为这些氨基糖苷抗性决定簇的潜在进化起源提供了一个假设。活性位点残基的定点诱变和动力学分析为类似于其他核苷酸转移酶的催化机制提供了支持。使用提供到此ANT（4'）-IIb代表的酶基团的分子见解，我们为这些氨基糖苷抗性决定簇的潜在进化起源提供了一个假设。