Mechanisms of Allostery and Molecular Recognition in the Small Multidrug Resistance Family

多药耐药小家族的变构和分子识别机制

基本信息

  • 批准号:
    10451577
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 45.36万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-07-15 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary Bacterial drug resistance is a worldwide problem that limits the effectiveness of antibiotics in the clinic. While there are several molecular mechanisms that contribute to drug resistant phenotypes, it is well established that efflux pumps play a prominent role in pathogenic bacteria. Indeed, multidrug transporters constitute a fundamental mechanism used by bacteria to survive in the presence of toxic compounds by binding and transporting a broad array of structurally diverse compounds. The long-term goals of this project are to discover novel mechanisms used by multidrug transporters and to harness this knowledge to predict and control function. In this competitive renewal, we are now poised to tackle the major challenge in the field of understanding how efflux pumps achieve broad drug specificity required for conferring multidrug resistance. To accomplish this goal, we need to establish a comprehensive understanding of the catalytic cycle for an efflux pump system amenable to detailed biological, biochemical and biophysical studies. For this reason, our proposal will use EmrE from the SMR family as the model drug transporter since it embodies the minimal level of complexity while retaining the key features shared among all secondary active efflux pumps. Aim 1 will test an occluded-state theory that we hypothesize is widely used by efflux pumps for drug binding. Aim 2 will seek to define the molecular basis for substrate-induced activation of dynamics versus inhibitor-induced repression of dynamics, as well as development of a computational platform for predicting binding and transport. Finally, Aim 3 will set out to determine the molecular basis of binding specificity versus promiscuity through a comparative analysis of two subfamilies within the SMR family that have markedly different specificity profiles. Each of these Aims works synergistically toward our long-term goal of articulating novel transport mechanisms and applying our knowledge to develop models for making predictions about function. A major strength of this project is the integrated nature of the approach which utilizes significant collaboration and a combination of biological, biophysical, and computational methods aimed at unveiling general transport mechanisms designed by nature and shared among other multidrug efflux pumps. The outcomes of this research will make a significant impact in understanding efflux-mediated multidrug resistance, and the approaches and methods developed will be translatable to knowledge discovery in other efflux systems.
项目概要 细菌耐药性是一个世界性问题,限制了抗生素在临床上的有效性。尽管 有多种分子机制导致耐药表型,众所周知 外排泵在病原菌中发挥着重要作用。事实上,多药物转运蛋白构成了 细菌在有毒化合物存在下生存的基本机制是通过结合和 运输多种结构不同的化合物。该项目的长期目标是发现 多药物转运蛋白使用的新机制,并利用这些知识来预测和控制功能。 在这场竞争性的更新中,我们现在准备好应对理解领域的重大挑战 外排泵实现了赋予多药耐药性所需的广泛药物特异性。为了实现这个目标, 我们需要对外排泵系统的催化循环有一个全面的了解 详细的生物学、生化和生物物理研究。因此,我们的提案将使用来自 SMR家族作为药物转运蛋白的模型,因为它体现了最低程度的复杂性,同时保留了 所有二级主动外排泵共有的关键特征。目标 1 将测试我们的闭塞态理论 该假设被外排泵广泛用于药物结合。目标 2 将寻求定义分子基础 底物诱导的动力学激活与抑制剂诱导的动力学抑制,以及 开发用于预测结合和运输的计算平台。最后,目标 3 将着手 通过对两种物质的比较分析,确定结合特异性与混杂性的分子基础 SMR 家族中具有明显不同特异性的亚家族。这些目标中的每一个都有效 协同实现我们的长期目标,即阐明新颖的运输机制并应用我们的知识 开发模型来预测功能。该项目的一个主要优势是综合性 该方法利用了重要的协作以及生物学、生物物理和 旨在揭示自然设计并在人与人之间共享的一般运输机制的计算方法 其他多药外排泵。这项研究的结果将对理解产生重大影响 外排介导的多药耐药性,所开发的方法和方法将可转化为 其他外排系统中的知识发现。

项目成果

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