Andréa Dessen, Otto Dideberg, Laurent Chesnel, Audrey Le Gouellec, Jacques Croize, Thierry Vernet, Lucile Pernot, Centre de Mathématiques Appliquées - Ecole Polytechnique (CMAP), École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Shape reconstruction and identification (DeFI ), École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Saclay - Ile de France, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (Lab-STICC), Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Télécom Bretagne-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques (IBNM), Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service de Bactériologie, Virologie, Hygiène [CHU Limoges], CHU Limoges, Institut de biologie structurale (IBS - UMR 5075 ), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Inria Saclay - Ile de France, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre de Mathématiques Appliquées - Ecole Polytechnique (CMAP), École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Télécom Bretagne-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques (IBNM), Université de Brest (UBO)-Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
International audience; The human pathogen Streptococcus pneumoniae is one of the main causative agents of respiratory tract infections. At present, clinical isolates of S. pneumoniae often exhibit decreased susceptibility toward beta-lactams, a phenomenon linked to multiple mutations within the penicillin-binding proteins (PBPs). PBP2x, one of the six PBPs of S. pneumoniae, is the first target to be modified under antibiotic pressure. By comparing 89 S. pneumoniae PBP2x sequences from clinical and public data bases, we have identified one major group of sequences from drug-sensitive strains as well as two distinct groups from drug-resistant strains. The first group includes proteins that display high similarity to PBP2x from the well characterized resistant strain Sp328. The second group includes sequences in which a signature mutation, Q552E, is found adjacent to the third catalytic motif. In this work, a PBP2x from a representative strain from the latter group (S. pneumoniae 5259) was biochemically and structurally characterized. Phenotypical analyses of transformed pneumococci show that the Q552E substitution is responsible for most of the reduction of strain susceptibility toward beta-lactams. The crystal structure of 5259-PBP2x reveals a change in polarity and charge distribution around the active site cavity, as well as rearrangement of strand beta3, emulating structural changes observed for other PBPs that confer drug resistance to Gram-positive pathogens. Interestingly, the active site of 5259-PBP2x is in closed conformation, whereas that of Sp328-PBP2x is open. Consequently, S. pneumoniae has evolved to employ the same protein in two distinct mechanisms of antibiotic resistance.