Understanding the coordination of DNA mismatch repair using live-cell single-molecule imaging

使用活细胞单分子成像了解 DNA 错配修复的协调

基本信息

  • 批准号:
    BB/Y001567/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 61.08万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2024
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2024 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

All organisms from bacteria to humans rely on molecular machines to ensure accurate replication of their genomes. The DNA mismatch repair pathway (MMR) spots and reverts errors during DNA synthesis. The proteins that perform MMR in cells solve a remarkable problem, detecting single misincorporated DNA bases amongst millions of correctly matched bases in the genome. Without MMR, mutation rates in cells increase 100 to 1000-fold. Loss of MMR is thus a driver of diseases, with accelerated genetic change leading to cancer development in humans and acquisition of drug resistance mutations in pathogens. Investigating the molecular mechanisms of MMR is therefore paramount for understanding its fundamental role in evolution, health and disease. MMR also plays an important role in the efficiency of genome engineering techniques that are currently revolutionising biological research, biotechnology, and medicine.The mismatch repair mechanism must be both fast and accurate. This is achieved via the sequential action of different proteins (called MutS, MutL, MutH), whose recruitment and enzymatic activities on DNA are tightly controlled. Much has been learnt about the mechanism of MMR based on experiments with purified proteins, but it remains uncertain how the repair process works inside a living cell. Our proposal addresses this large gap in the understanding of MMR. My lab specialises in the development of single-molecule microscopy methods to directly observe the unperturbed function of proteins in cells. Via high-speed fluorescence imaging, we can track the movement of individual proteins and detect when and where they bind to DNA. This allows us to obtain the exact information needed to address how MMR proteins search for repair sites and how the sequential steps in the pathway are coordinated. We will perform these experiments in E. coli bacteria - the organism in which MMR has been characterised in most detail. E. coli cells are also ideally suited for our imaging methods.Visualising repair events in living cells will allow us to explore why MMR sometimes goes wrong. Although this happens rarely, each repair failure leads to a permanent mutation in a cell. One failure of the MMR pathway can be the moment when a human cell turns cancerous, or a pathogenic bacterium becomes drug resistant. We will extract quantitative information about the speed and location of repair events from our microscopy data, and feed this into a mathematical model to identify which factors determine repair success and failure. Overall, this project will establish how MMR proteins work together in a pathway, providing direct insight into a central process that preserves the genetic information in cells.
从细菌到人类的所有生物体都依赖分子机器来确保其基因组的准确复制。 DNA 错配修复途径 (MMR) 可发现并修复 DNA 合成过程中的错误。在细胞中执行 MMR 的蛋白质解决了一个显着的问题,即在基因组中数百万个正确匹配的碱基中检测单个错误掺入的 DNA 碱基。如果没有 MMR,细胞突变率会增加 100 至 1000 倍。因此,MMR 的丧失是疾病的驱动因素,加速的基因变化导致人类癌症的发展和病原体耐药性突变的获得。因此,研究 MMR 的分子机制对于了解其在进化、健康和疾病中的基本作用至关重要。 MMR 在基因组工程技术的效率方面也发挥着重要作用,这些技术目前正在彻底改变生物研究、生物技术和医学。错配修复机制必须既快速又准确。这是通过不同蛋白质(称为 MutS、MutL、MutH)的连续作用来实现的,这些蛋白质对 DNA 的募集和酶活性受到严格控制。基于纯化蛋白质的实验,人们对 MMR 的机制有了很多了解,但仍不确定活细胞内的修复过程如何发挥作用。我们的提案解决了对 MMR 理解上的巨大差距。我的实验室专门开发单分子显微镜方法来直接观察细胞中蛋白质不受干扰的功能。通过高速荧光成像,我们可以跟踪单个蛋白质的运动并检测它们与 DNA 结合的时间和地点。这使我们能够获得解决 MMR 蛋白如何搜索修复位点以及如何协调途径中的顺序步骤所需的确切信息。我们将在大肠杆菌中进行这些实验——在这种细菌中,MMR 已得到最详细的表征。大肠杆菌细胞也非常适合我们的成像方法。可视化活细胞中的修复事件将使我们能够探索为什么 MMR 有时会出错。尽管这种情况很少发生,但每次修复失败都会导致细胞发生永久性突变。 MMR 途径的一个失败可能是人类细胞癌变或致病细菌产生耐药性的时刻。我们将从显微镜数据中提取有关修复事件的速度和位置的定量信息,并将其输入数学模型,以确定哪些因素决定修复成功和失败。总体而言,该项目将确定 MMR 蛋白如何在一条通路中协同工作,从而直接了解保存细胞中遗传信息的中央过程。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Stephan Uphoff其他文献

DNA ADP-Ribosylation Stalls Replication and Is Reversed by RecF-Mediated Homologous Recombination and Nucleotide Excision Repair
DNA ADP 核糖基化使复制停滞并被 RecF 介导的同源重组和核苷酸切除修复逆转
  • DOI:
    10.1016/j.celrep.2020.01.014
  • 发表时间:
    2019-02-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Emeline Lawarée;G. Jankevicius;Charles Cooper;Ivan Ahel;Stephan Uphoff;C. Tang
  • 通讯作者:
    C. Tang
Single-Molecule DNA Repair in Live Bacteria
活细菌中的单分子 DNA 修复
  • DOI:
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Stephan Uphoff;R. Reyes;David J. Sherratt;A. Kapanidis
  • 通讯作者:
    A. Kapanidis
Cellular heterogeneity in DNA alkylation repair as a trade-off between cell survival and genetic plasticity
DNA烷基化修复中的细胞异质性作为细胞存活和遗传可塑性之间的权衡
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Maxence S. Vincent;Stephan Uphoff
  • 通讯作者:
    Stephan Uphoff
Visualizing Protein-DNA Interactions in Live Bacterial Cells Using Photoactivated Single-molecule Tracking
使用光激活单分子追踪可视化活细菌细胞中的蛋白质-DNA 相互作用
Single-molecule DNA repair in live bacteria
活细菌中的单分子 DNA 修复

Stephan Uphoff的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

相似国自然基金

抛光机器人柔性变刚度并联执行器宏微协调运动规划与主被动柔顺控制
  • 批准号:
    52305016
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
协同控制支撑钢框架自复位与耗能协调机理和韧性优化方法研究
  • 批准号:
    52308195
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
面向分布式干线协调信号控制的多智能体博弈机制与自适应优化方法研究
  • 批准号:
    52302414
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
水稻微纤维相关蛋白MFAP1协调稻瘟病抗性和产量的机制研究
  • 批准号:
    32372553
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
稻鱼共生系统中协调高产种稻与健康养鱼的氮素运筹策略研究
  • 批准号:
    32301374
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

DNA repair pathway coordination during damage processing
损伤处理过程中 DNA 修复途径的协调
  • 批准号:
    10748479
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 61.08万
  • 项目类别:
The coordination of cell size control and cell cycle regulation at developmental extremes
发育极端时细胞大小控制和细胞周期调节的协调
  • 批准号:
    10713478
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 61.08万
  • 项目类别:
Nanoscale Coordination Polymers of Cyclic-di-nucleotides and Peptide Antigens for Effective Therapy of Metastatic Colorectal Cancer
环二核苷酸和肽抗原的纳米级配位聚合物可有效治疗转移性结直肠癌
  • 批准号:
    10731680
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 61.08万
  • 项目类别:
Role of TREX1 in age-related hereditary leukoencephalopathy
TREX1 在年龄相关遗传性白质脑病中的作用
  • 批准号:
    10803373
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 61.08万
  • 项目类别:
Coordination of DNA Metabolism by Replication Protein A
复制蛋白 A 协调 DNA 代谢
  • 批准号:
    10623523
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 61.08万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了