Mechanisms for the repair of oxidative stress-induced DNA damage in Porphyromonas

卟啉单胞菌氧化应激诱导的 DNA 损伤的修复机制

基本信息

  • 批准号:
    10441150
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 19.75万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-07-01 至 2023-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Porphyromonas gingivalis, as a “keystone pathogen”, highlights its ability to adapt to the harsh inflammatory conditions of the periodontal pocket. Because the environmental stress response is a major determinant of its virulence, it is our long-term goal to gain a comprehensive understanding of its survival strategy(s). DNA damage is a major consequence of oxidative stress. While more than 20 different oxidatively altered bases might be generated by this stress, 8-oxo-7,8-dihydroguanine (8-oxoG) is one of the most common product of DNA damage. Guanine is the most susceptible base to oxidation and forms mainly 8-oxoG due to its low redox potential. In prokaryotic cells the presence of 8-oxoG is mainly repaired by base excision repair (BER). A survey of the P. gingivalis genome indicate that an important component of the BER system is missing. Because the average G + C content of the genome of P. gingivalis is 49%, a mechanism(s) to prevent or repair lesions resulting from guanine oxidation is vital. There is a gap in our comprehensive knowledge on a mechanism(s) for the repair of oxidative stress-induced DNA damage in P. gingivalis. We have previously demonstrated that there is an accumulation of 8-oxoG in the chromosome of P. gingivalis exposed to H2O2-induced oxidative stress. Neither BER nor nucleotide excision repair (NER), as observed in other strains, appear to be involved in the repair of the 8-oxoG lesion in P. gingivalis. DNA affinity fractionation identified PG1037, a conserved hypothetical protein, among others, that were preferentially bound to the oligonucleotide fragment carrying the 8-oxo-G lesion. PG1037 is part of the uvrA-pg1037-pcrA operon in P. gingivalis which is known to be upregulated under H2O2- induced stress. The purified recombinant PG1037 protein, likely via a reducing function, has the ability to prevent Fenton chemistry-mediated DNA damage in vitro and, under oxidative stress conditions, reduced the cleavage of the 8-oxoG lesion by the E.coli foramidopyrimidine glycosylase (Fpg) enzyme. In silico analysis of PG1037 shows a protein that contains a zinc finger domain, two peroxidase homologous motifs and a cytidylate kinase domain. The goal of the proposal is to test the hypothesis that a novel P. gingivalis protein (PG1037) carrying peroxidase motifs and a zinc finger domain is involved in the repair of oxidatively damaged DNA. Our aims are to confirm the specific role of PG1037 in the removal of 8-oxoG from duplex DNA and to evaluate any interaction of PG1037 with other proteins in that process. The data will provide a major conceptual advance on the molecular bases for the repair of oxidative stress-induced DNA damage in P. gingivalis and could likely support a unique and effective DNA repair mechanism we propose to designate “base redox repair”. It will set the stage, in a future RO1 application, to address specific structure-function questions on the vital components and their corporation in maintaining genomic stability in anaerobes exposed to environmental stress. These components could be targets for the development of novel therapeutic interventions for the control and prevention of P. gingivalis-associated diseases.
牙龈卟啉单胞菌作为“关键病原体”,凸显其适应严酷炎症的能力 因为环境压力反应是牙周袋状况的主要决定因素。 毒力,全面了解其 DNA 是我们的长期目标。 损伤是氧化应激的一个主要后果,而超过 20 种不同的氧化改变碱基。 可能是由这种压力产生的,8-oxo-7,8-二氢鸟嘌呤(8-oxoG)是最常见的产物之一 DNA 损伤是最容易氧化的碱基,由于其低氧化还原作用,主要形成 8-oxoG。 在原核细胞中,8-oxoG 的存在主要通过碱基切除修复 (BER) 进行修复。 对牙龈卟啉单胞菌基因组的调查表明,BER 系统的一个重要组成部分缺失。 牙龈卟啉单胞菌基因组的平均 G + C 含量为 49%,这是一种预防或修复病变的机制 鸟嘌呤氧化产生的影响至关重要。我们对鸟嘌呤氧化机制的全面了解存在差距。 我们之前已经证明了牙龈卟啉单胞菌氧化应激诱导的 DNA 损伤的修复。 是暴露于 H2O2 诱导的氧化应激的牙龈卟啉单胞菌染色体中 8-oxoG 的积累。 正如在其他菌株中观察到的,BER 和核苷酸切除修复 (NER) 似乎都不参与 牙龈卟啉单胞菌中 8-oxoG 损伤的修复,鉴定出 PG1037,这是一种保守的假设。 其中,优先与携带 8-oxo-G 损伤的寡核苷酸片段结合的蛋白质。 PG1037 是牙龈卟啉单胞菌中 uvrA-pg1037-pcrA 操纵子的一部分,已知该操纵子在 H2O2- 下会上调 纯化的重组 PG1037 蛋白可能通过还原功能具有预防应激的能力。 芬顿化学介导的体外 DNA 损伤,在氧化应激条件下,减少了裂解 通过大肠杆菌甲酰胺嘧啶糖基化酶 (Fpg) 对 PG1037 进行计算机分析来分析 8-oxoG 损伤。 显示包含锌指结构域、两个过氧化物酶同源基序和胞苷酸激酶的蛋白质 该提案的目标是检验一种新型牙龈卟啉单胞菌蛋白(PG1037)的假设。 携带过氧化物酶基序和锌指结构域参与氧化损伤的修复 我们的目标是确认 PG1037 在从双链 DNA 中去除 8-oxoG 方面的具体作用,并 评估 PG1037 与其他蛋白质在此过程中的任何相互作用。该数据将提供一个主要概念。 修复牙龈卟啉单胞菌氧化应激诱导的 DNA 损伤的分子基础研究进展 可能支持一种独特且有效的 DNA 修复机制,我们建议将其命名为“碱基氧化还原修复”。 它将在未来的 RO1 应用中奠定基础,解决重要的结构-功能问题。 组件及其在维持暴露于环境的厌氧菌基因组稳定性方面的作用 这些成分可以成为开发控制应激的新型治疗干预措施的目标。 和预防牙龈卟啉单胞菌相关疾病。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Can periodontal pockets and caries lesions act as reservoirs for coronavirus?
牙周袋和龋齿病变可以成为冠状病毒的储存库吗?
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Natto, Zuhair S;Afeef, Marwah;Bakhrebah, Muhammed A;Ashi, Heba;Alzahrani, Khaled A;Alhetheel, Abdulkarim F;Fletcher, Hansel M
  • 通讯作者:
    Fletcher, Hansel M
Filifactor alocis enhances survival of Porphyromonas gingivalis W83 in response to H2 O2 -induced stress.
Filifactor alocis 可增强牙龈卟啉单胞菌 W83 对 H2 O2 诱导的应激的存活率。
  • DOI:
    10.1111/omi.12445
  • 发表时间:
    2023-12-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    A. Mishra;Y. Dou;Charles Wang;H. Fletcher
  • 通讯作者:
    H. Fletcher
Inhibition of β-lactamase function by de novo designed peptide.
从头设计的肽抑制β-内酰胺酶功能。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Mishra, Arunima;Cosic, Irena;Loncarevic, Ivan;Cosic, Drasko;Fletcher, Hansel M
  • 通讯作者:
    Fletcher, Hansel M
The Machine-Learning-Mediated Interface of Microbiome and Genetic Risk Stratification in Neuroblastoma Reveals Molecular Pathways Related to Patient Survival.
神经母细胞瘤中微生物组和遗传风险分层的机器学习介导的界面揭示了与患者生存相关的分子途径。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022-06-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Li, Xin;Wang, Xiaoqi;Huang, Ruihao;Stucky, Andres;Chen, Xuelian;Sun, Lan;Wen, Qin;Zeng, Yunjing;Fletcher, Hansel;Wang, Charles;Xu, Yi;Cao, Huynh;Sun, Fengzhu;Li, Shengwen Calvin;Zhang, Xi;Zhong, Jiang F
  • 通讯作者:
    Zhong, Jiang F
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Mangar, Malissa;Mishra, Arunima;Yang, Zhengrong;Deivanayagam, Champion;Fletcher, Hansel M
  • 通讯作者:
    Fletcher, Hansel M
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  • 通讯作者:
    G. Gordon

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