Conformational Response of 30s-Bound IF3 to A-Site Binders Streptomycin and Kanamycin

Abstract

Los antibióticos aminoglucósidos son ampliamente usados para tratar enfermedades infecciosas. Entre ellos, la Estreptomicina y Kanamicina ( y derivados) son de importancia para la batalla contra el Mycobacterium tuberculosis Multidrogo resistente (MDR). Ambas drogas se unen a la subunidad menor del ribosoma (30S) e inhiben la síntesis de proteínas. Estudios genéticos, estructurales y bioquímicos indican que los cambios conformacionales de la subunidad 30S a nivel local y a mayor distancia son responsables de esta inhibición. En este estudio, nosotros usamos FRET intramolecular entre los dominios C- y N- terminal del IF3 flexible para monitorear en tiempo real las perturbaciones de sus sitios de unión en la plataforma 30S. Los experimentos de unión estacionario y pre-estacionario muestran que ambos aminoglucósidos provocan que los dominios de IF3 se alejen, promoviendo un estado elongado del factor. La unión del factor de iniciación IF1 desencadena el cierre de IF3 unido al complejo 30S, mientras que los aminoglucósidos revierten la conformación dependiente de IF1. Nuestros resultados ponen en descubierto perturbaciones dinámicas a través de la subunidad 30S, desde el sitio A a la plataforma y sugiere que ambos aminoglucósidos pueden interferir con la iniciación de la traducción procariota modulando la interacción entre los dominios de IF3 con la plataforma 30S.

Aminoglycoside antibiotics are widely used to treat infectious diseases. Among them, streptomycin and kanamycin (and derivatives) are of importance to battle multidrug-resistant (MDR) Mycobacterium tuberculosis. Both drugs bind the small ribosomal subunit (30S) and inhibit protein synthesis. Genetic, structural, and biochemical studies indicate that local and long-range conformational rearrangements of the 30S subunit account for this inhibition. Here, we use intramolecular FRET between the C- and N-terminus domains of the flexible IF3 to monitor real-time perturbations of their binding sites on the 30S platform. Steady and pre-steady state binding experiments show that both aminoglycosides bring IF3 domains apart, promoting an elongated state of the factor. Binding of Initiation Factor IF1 triggers closure of IF3 bound to the 30S complex, while both aminoglycosides revert the IF1-dependent conformation. Our results uncover dynamic perturbations across the 30S subunit, from the A-site to the platform, and suggest that both aminoglycosides could interfere with prokaryotic translation initiation by modulating the interaction between IF3 domains with the 30S platform.