Riboflavin analgs from Streptomyces davawensisas antiinfectives: mode of action, mechanism of resistance of the producer and metabolization by humans

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Microbiologia Aplicada) - IBRC

Nas bactérias Gram-positivas Streptomyces davawensis e Streptomyces coelicolor a transcrição dos genes responsáveis pela biossíntese de riboflavina (RF; vitamin B2) ribBMAH é iniciada a partir do promoter da riboflavina (Prib). Nas duas espécies um ribB FMN riboswitch está presente imediatamente à montante em relação a Prib, regulando a expressão gênica ao nível traducional. S. davawensis produz o atibiótico roseoflavina (RoF), um análogo de riboflavina, o qual é convertido a roseoflavina 5´-mononucleotídeo (RoFMN) no citoplasma das células alvo. S. davawensis é resistente a RoF, enquanto que S. coelicolor é sensível a RoF. Através de experimentos de transcrição/tradução in vitro foi demonstrado que o ribB FMN riboswitch de S. coelicolor é desligado na presença de RoFMN. Em contraste, o ribB FMN riboswitch de S. davawensis mostrou-se mais ativo na presença de RoFMN. Compatível com esse resultado, a atividade enzimática correspondente ao produto do primeiro gene (ribB) do cluster ribBMAH foi fortemente reduzida em S. coelicolor, mas não em S. davawensis, quando ambas foram cultivadas em meio acrescido de RoF. Através de mutagênese sítio-dirigida foi identificado um único nucleotideo (A61) na estrutura do ribB FMN riboswitch de S. davawensis como sendo responsável pela resposta diferencial a RoFMN. A introdução do ribB FMN riboswitch de S. davawensis em S. coelicolor gerou uma linhagem resistente a RoF. O presente trabalho apresenta evidências de que o ribB FMN riboswitch de S. coelicolor é controlado termodinamicamente, enquanto que o ribB FMN riboswitch de S. davawensis é controlado cineticamente. Os últimos resultados muito provavelmente explicam as diferentes respostas com relação a RoFMN observada para os dois ribB FMN riboswitches quase idênticos. Em resumo, os...

In the Gram-positive soil bacterium Streptomyces davawensis and in the closely related Streptomyces coelicolor transcription of the riboflavin (RF; vitamin B2) biosynthetic genes ribBMAH originates from the riboflavin promoter (Prib). In both species a ribB (ribo)flavin mononucleotide (FMN) binding riboswitch is present immediately downstream of Prib regulating gene expression at the translational level. S. davawensis produces the antibiotic roseoflavin (RoF), a RF analog, which is converted to roseoflavin mononucleotide (RoFMN) within the cytoplasm of target cells. S. davawensis is RoF resistant, whereas S. coelicolor is RoF sensitive. In vitro transcription/translation experiments revealed that the S. coelicolor ribB FMN riboswitch was turned off in the presence of RoFMN. In contrast, the S. davawensis ribB FMN riboswitch was found to be more active in the presence of RoFMN. In line with this finding was that the activity of the product of the first gene (ribB) of the ribBMAH cluster was strongly reduced in S. coelicolor, but not in S. davawensis, when cells were grown in the presence of RoF. Sequence alignments and site directed mutagenesis experiments identified a single nucleotide (A61) within the S. davawensis ribB FMN riboswitch which is responsible for its specific response to RoFMN. Introduction of the S. davawensis ribB FMN riboswitch to S. coelicolor produced a RoF resistant S. coelicolor strain. The present work gives evidence that the ribB FMN riboswitch of S. coelicolor is thermodynamically controlled whereas the S. davawensis ribB FMN riboswitch is kinetically controlled. The latter finding most likely explains the different response of the two almost identical ribB FMN riboswitches with respect to RoFMN. Altogether, the present results show that a highly specialized FMN riboswitch confers RoF resistance to... (Complete abstract click electronic access below)