Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 55113 10.29039/rusjbpc.2022.0535 Моделирование в биофизике Modelling in biophycis Моделирование в биофизике INTERACTION OF THE YERSINIA PSEUDOTUBERCULOSIS OMPF PORIN CHANNEL WITH NORFLOXACIN ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КАНАЛА OMPF ПОРИНА YERSINIA PSEUDOTUBERCULOSIS С НОРФЛОКСАЦИНОМ Чистюлин Д. К. Chistyulin D. K. cdk27@mail.ru Зелепуга Е. А. Zelepuga E. A. Хоменко В. А. Khomenko V. A. Баланева Н. Н. Balaneva N. N. Чингизова Е. А. Chingizova E. A. Новикова О. Д. Novikova O. D. Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН Владивосток Россия G.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences Vladivostok Russian Federation Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН Владивосток Россия G.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences Vladivostok Russian Federation Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН Владивосток Россия G.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences Vladivostok Russian Federation Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН Владивосток Россия G.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences Vladivostok Russian Federation Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН Владивосток Россия G.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences Vladivostok Russian Federation Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН Владивосток Россия G.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences Vladivostok Russian Federation 28 09 2022 28 09 2022 7 3 408 4120 20 09 2022 20 09 2022 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/55113/view

Данная работа посвящена исследованию взаимодействия OmpF порина Yersinia pseudotuberculosis с гидрохоридом норфлоксацина, (Nf·HCL), производным антибиотика фторхинолонового ряда. С помощью метода бислойных липидных мембран (БЛМ) было обнаружено, что молекулы водорастворимого Nf·HCL диссоциируют на ионы и, связываясь на короткое время с участками внутри канала, блокируют ионный ток через пору OmpF порина. Исследование кинетических характеристик этого процесса совместно с использованием метода молекулярного докинга позволило построить модель, объясняющую картину данного взаимодействия. Предполагается, что внутри поринового канала с разных сторон от зоны сужения, находятся два сайта связывания с ионом Nf·H+, стабилизированные преимущественно электростатическими взаимодействиями. При этом связывание с сайтом, расположенным внутри канала вблизи вестибюля, образуемого наружными петлями порина, приводит к блокировке тока, вследствие создания пространственных затруднений для движения K+ и Cl- ионов, в то время как связывание с сайтом, расположенным на выходе из канала, не препятствует прохождению тока.

This work is devoted to the study of the interaction of Yersinia pseudotuberculosis OmpF porin with norfloxacin hydrochoride (Nf•HCL), a derivative of a fluoroquinolone antibiotic. Using the bilayer lipid membrane (BLM) method, it was found that water-soluble Nf•HCL molecules dissociate into ions and, binding for a short time to sites inside the channel, block the ion current through the OmpF porin pore. The study of the kinetic characteristics of this process, together with the use of the molecular docking method, made it possible to construct a model that explains the pattern of this interaction. It is proposed that inside the porin channel, on opposite sides of the constriction zone, there are two binding sites with the Nf•H+ ion, stabilized mainly by electrostatic interactions. At the same time, binding to the site located inside the channel near the vestibule formed by the outer loops of the porin leads to blocking of the current, due to the creation of spatial difficulties for the movement of K+ and Cl- ions, while binding to the site located at the exit from the channel does not prevent the passage of current.

 порины грамотрицательных бактерий норфлоксацин бислойные липидные мембраны антимикробная активность молекулярный докинг porins of gram-negative bacteria norfloxacin lipid bilayer membranes antimicrobial activity molecular docking

Wayne P.A. CLSI. Methods for dilution antimicrobial susceptibility tests for bacteria that grow aerobically. Approved standard-Tenth edition. CLSI Document M07-A10. Clinical and Laboratory Standards Institute, 2015. Wayne P.A. CLSI. Methods for dilution antimicrobial susceptibility tests for bacteria that grow aerobically. Approved standard-Tenth edition. CLSI Document M07-A10. Clinical and Laboratory Standards Institute, 2015. The European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing. Breakpoint tables for interpretation of MICs and zone diameters. Version 5.0, 2015. Studies in mycology, Baarn, 1974, vol. 6, p. 119. The European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing. Breakpoint tables for interpretation of MICs and zone diameters. Version 5.0, 2015. Studies in mycology, Baarn, 1974, vol. 6, p. 119. Lomize A.L., Hage J.M., Schnitzer K., Golobokov K., LaFaive M.B., Forsyth A.C. Pogozheva I.D. PerMM: A WebTool and Database for Analysis of Passive Membrane Permeability and Translocation Pathways of Bioactive Molecules. J. Chem. Inf. Model., 2019, vol. 59, no. 7, pp. 3094-3099. Lomize A.L., Hage J.M., Schnitzer K., Golobokov K., LaFaive M.B., Forsyth A.C. Pogozheva I.D. PerMM: A WebTool and Database for Analysis of Passive Membrane Permeability and Translocation Pathways of Bioactive Molecules. J. Chem. Inf. Model., 2019, vol. 59, no. 7, pp. 3094-3099. MolecularOperatingEnvironment (MOE), 2019.01. Chemical Computing Group ULC, 1010 Sherbooke St. West, Suite no. 910, Montreal, QC, Canada, H3A 2R7, 2021. MolecularOperatingEnvironment (MOE), 2019.01. Chemical Computing Group ULC, 1010 Sherbooke St. West, Suite no. 910, Montreal, QC, Canada, H3A 2R7, 2021. Likhatskaya G.N., Solov'eva T.F., Novikova O.D., Issaeva M.P., Gusev K.V., Kryzhko I.B., Trifonov E.V., Nurminski E.A. Homology models of the Yersinia pseudotuberculosis and Yersinia pestis general porins and comparative analysis of their functional and antigenic regions. J. Biomol. Struct. Dyn., 2005, vol. 23, no. 2, pp. 163-174, doi: 10.1080/07391102.2005.10507056. Likhatskaya G.N., Solov'eva T.F., Novikova O.D., Issaeva M.P., Gusev K.V., Kryzhko I.B., Trifonov E.V., Nurminski E.A. Homology models of the Yersinia pseudotuberculosis and Yersinia pestis general porins and comparative analysis of their functional and antigenic regions. J. Biomol. Struct. Dyn., 2005, vol. 23, no. 2, pp. 163-174, doi: 10.1080/07391102.2005.10507056. Mahendran K.R., Hajjar E., Mach T., Lovelle M., Kumar A., Sousa I., Spiga E., Weingart H., Gameiro P., Winterhalter M., Ceccarelli M. Molecular Basis of Enrofloxacin Translocation through OmpF, an Outer Membrane Channel of Escherichia coli - When Binding Does Not Imply Translocation. J. Phys. Chem. B, 2010, vol. 114, pp. 5170-5179. Mahendran K.R., Hajjar E., Mach T., Lovelle M., Kumar A., Sousa I., Spiga E., Weingart H., Gameiro P., Winterhalter M., Ceccarelli M. Molecular Basis of Enrofloxacin Translocation through OmpF, an Outer Membrane Channel of Escherichia coli - When Binding Does Not Imply Translocation. J. Phys. Chem. B, 2010, vol. 114, pp. 5170-5179. Clark A.M., Labute P. 2Ddepictionofprotein-ligandcomplexes. J. Chem. Inf. Model., 2007, no. 47, pp. 1933-1944. Clark A.M., Labute P. 2Ddepictionofprotein-ligandcomplexes. J. Chem. Inf. Model., 2007, no. 47, pp. 1933-1944.