A naturally occurring point mutation in the hyaluronidase gene (hysA1) of Staphylococcus aureus UAMS-1 results in reduced enzymatic activity.

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Date: Jan. 2022
From: Canadian Journal of Microbiology(Vol. 68, Issue 1)
Publisher: NRC Research Press
Document Type: Report
Length: 8,348 words
Lexile Measure: 1560L

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Abstract :

Hyaluronic acid is a high-molecular-weight polysaccharide that is widely distributed in animal tissues. Bacterial hyaluronidases degrade hyaluronic acid as secreted enzymes and have been shown to contribute to infection. Staphylococcus aureus UAMS-1 is a clinical isolate that codes for two hyaluronidases (hysA1 and hysA2). Previous research has shown the presence of a full-length HysA1 protein from the S. aureus UAMS-1 strain with no evidence of enzymatic activity. In this study, the coding and upstream promoter regions of hysA1 from the S. aureus UAMS-1 strain were cloned, sequenced, and compared to the hysA1 gene from the S. aureus Sanger 252 strain. A single base change resulting in an E480G amino acid change was identified in the hysA1 gene from the S. aureus UAMS-1 strain when compared to the hysA1 gene from S. aureus Sanger 252. A plasmid copy of hysA1 from S. aureus Sanger 252 transduced into an S. aureus UAMS-1 hysA2 deletion mutant strain restored near wild-type levels of enzymatic activity. Homology modeling of the HysA1 hyaluronidase was performed with SWISS-MODEL using hyaluronidase from Streptococcus pneumoniae as the template, followed by a series of structural analyses using PyMOL, PLIP, PDBsum, and HOPE servers. This glutamic acid is highly conserved among hyaluronidases from Staphylococcus and other gram-positive bacteria. A series of structural analyses suggested that Glu-480 in HysA1 is critically responsible for maintaining the structural and functional ensemble of the catalytic and tunnel-forming residues, which are essential for enzyme activity. The missense mutation of Glu-480 to Gly introduces a loss of side chain hydrogen bond interactions with key residues Arg-360 and Arg-364, which are responsible for the tunnel topology, resulting in displacement of the substrate from an ideal position for catalysis through a localized conformational change of the active site. There is a high degree of relatedness among several gram-positive bacterial hyaluronidases; the loss of enzymatic activity of HysA1 in the S. aureus UAMS-1 strain is most likely caused by the mutation identified in our study. The role of hyaluronidase in staphylococcal infection and the redundancy of this gene are yet to be determined. Key words: Staphylococcus aureus UAMS-1, hyaluronidase, hysA1 point mutation, homology modeling. L'acide hyaluronique est un polysaccharide de poids moleculaire eleve qui est largement distribue dans les tissus animaux. Les hyaluronidases bacteriennes sous forme d'enzymes secretees degradent l'acide hyaluronique et il a ete demontre qu'elles contribuent a l'infection. Staphylococcus aureus UAMS-1 est un isolat clinique qui code deux hyaluronidases (hysA1 et hysA2). Des recherches anterieures ont montre la presence d'une proteine HysA1 de pleine longueur chez la souche S. aureus UAMS-1, sans preuve d'une activite enzymatique. Dans cette etude, la region codante et la region promotrice en amont de hysA1 de la souche S. aureus UAMS-1 ont ete clonees, sequencees et comparees au gene hysA1 de la souche S. aureus Sanger 252. Un changement de base unique entrainant un changement d'acide amine E480G a ete identifie dans le gene hysA1 de la souche S. aureus UAMS-1 lorsqu'il a ete compare au gene hysA1 de la souche S. aureus Sanger 252. Une copie de HysA1 plasmidique de S. aureus Sanger 252 transduite dans une souche mutante de deletion hysA2 de S. aureus UAMS-1 retablissait des niveaux d'activite enzymatique proches du type sauvage. La modelisation de l'homologie de la hyaluronidase HysA1 a ete realisee a l'aide de SWISS-MODEL en utilisant la hyaluronidase de Streptococcus pneumoniae comme modele, suivie d'une serie d'analyses structurales a l'aide des serveurs PyMOL, PLIP, PDBsum et HOPE. Cet acide glutamique est hautement conserve parmi les hyaluronidases de Staphylococcus et celles d'autres bacteries a Gram positifs. Une serie d'analyses structurales ont suggere que la Glu-480 de HysA1 est responsable du maintien de l'ensemble structural et fonctionnel des residus catalytiques et du tunnel, qui sont essentiels a l'activite enzymatique. La mutation faux-sens de Glu-480 en Gly introduit une perte d'interactions des liens hydrogene de la chaine laterale avec les residus cles Arg-360 et Arg-364, qui sont responsables de la topologie du tunnel, ce qui entraine le deplacement du substrat d'une position ideale pour la catalyse par un changement conformationnel localise du site actif. Il existe un haut degre de parente entre plusieurs hyaluronidases de bacteries a Gram positifs; la perte de l'activite enzymatique de HysA1 dans la souche S. aureus UAMS-1 est tres probablement causee par la mutation identifiee dans cette etude. Le role de la hyaluronidase dans l'infection a staphylocoque et la redondance de ce gene restent a determiner. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : Staphylococcus aureus UAMS-1, hyaluronidase, mutation ponctuelle de HysA1, modelisation de l'homologie.

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Gale Document Number: GALE|A690284821