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Interactions of amikacin with the RNA model of the ribosomal A-site: computational, spectroscopic and calorimetric studies.

Biochimie (2014-04-29)
Marta Dudek, Julia Romanowska, Tomasz Wituła, Joanna Trylska
RESUMEN

Amikacin is a 2-deoxystreptamine aminoglycoside antibiotic possessing a unique l-HABA (l-(-)-γ-amino-α-hydroxybutyric acid) group and applied in the treatment of hospital-acquired infections. Amikacin influences bacterial translation by binding to the decoding region of the small ribosomal subunit that overlaps with the binding site of aminoacylated-tRNA (A-site). Here, we have characterized thermodynamics of interactions of amikacin with a 27-mer RNA oligonucleotide mimicking the aminoglycoside binding site in the bacterial ribosome. We applied isothermal titration and differential scanning calorimetries, circular dichroism and thermal denaturation experiments, as well as computer simulations. Thermal denaturation studies have shown that amikacin affects only slightly the melting temperatures of the A-site mimicking RNA model suggesting a moderate stabilization of RNA by amikacin. Isothermal titration calorimetry gives the equilibrium dissociation constants for the binding reaction between amikacin and the A-site oligonucleotide in the micromolar range with a favorable enthalpic contribution. However, for amikacin we observe a positive entropic contribution to binding, contrary to other aminoglycosides, paromomycin and ribostamycin. Circular dichroism spectra suggest that the observed increase in entropy is not caused by structural changes of RNA because amikacin binding does not destabilize the helicity of the RNA model. To investigate the origins of this positive entropy change we performed all-atom molecular dynamics simulations in explicit solvent for the 27-mer RNA oligonucleotide mimicking one A-site and the crystal structure of an RNA duplex containing two A-sites. We observed that the diversity of the conformational states of the l-HABA group sampled in the simulations of the complex was larger than for the free amikacin in explicit water. Therefore, the larger flexibility of the l-HABA group in the bound form may contribute to an increase of entropy upon binding.

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Cloruro de sodio, for molecular biology, DNase, RNase, and protease, none detected, ≥99% (titration)
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Sodium chloride solution, 0.9% in water, BioXtra, suitable for cell culture
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Cloruro de sodio, BioReagent, suitable for cell culture, suitable for insect cell culture, suitable for plant cell culture, ≥99%
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Sodium chloride solution, 5 M in H2O, BioReagent, for molecular biology, suitable for cell culture
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SAFC
Sodium chloride solution, 5 M
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Cloruro de sodio, JIS special grade, ≥99.5%
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Sodium chloride solution, BioUltra, for molecular biology, ~5 M in H2O
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Cloruro de sodio, 99.999% trace metals basis
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Cloruro de sodio, BioUltra, for molecular biology, ≥99.5% (AT)
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Cloruro de sodio, SAJ first grade, ≥99.0%
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Cloruro de sodio, BioXtra, ≥99.5% (AT)
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Amikacin disulfate salt, potency: 674-786 μg per mg (as amikacin base)
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Cloruro de sodio, BioPerformance Certified, ≥99% (titration), suitable for insect cell culture, suitable for plant cell culture
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Cloruro de sodio, AnhydroBeads, −10 mesh, 99.999% trace metals basis
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Sodium chloride-35Cl, 99 atom % 35Cl
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Cloruro de sodio, meets analytical specification of Ph. Eur., BP, USP, 99.0-100.5%
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Sodium chloride solution, 1 M
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Sodium chloride solution, 5 M
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Sigma-Aldrich
Cloruro de sodio, random crystals, optical grade, 99.9% trace metals basis
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Sigma-Aldrich
Sodium chloride solution, 0.85%
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Supelco
Cloruro de sodio, reference material for titrimetry, certified by BAM, >99.5%
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USP
Amikacin sulfate, United States Pharmacopeia (USP) Reference Standard
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Sodium chloride solution, 0.1 M
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Supelco
Cloruro de sodio, Pharmaceutical Secondary Standard; Certified Reference Material
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Cloruro de sodio, tablet
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Cloruro de sodio, tested according to Ph. Eur.
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Amikacin sulfate, European Pharmacopoeia (EP) Reference Standard
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Amikacin for system suitability, European Pharmacopoeia (EP) Reference Standard
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