The role of CshA and CshB in selective mRNA protection in S. aureus

CshA 和 CshB 在金黄色葡萄球菌选择性 mRNA 保护中的作用

基本信息

  • 批准号:
    8830428
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-05-24 至 2016-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): S. aureus bacteria are commonly resistant to methicillin and other cell-wall active antibiotics. The goal of this application is to validate the MazF toxin and specific RNA binding proteins of S. aureus that interfere with specific mRNA degradation as novel targets for antibacterial drug discovery. Toxin antitoxin systems (TA) are common in bacteria. Among the different TA modules that are protein-based, the MazEF system is by far the best characterized. In prior papers that we have published, we have shown that that the MazFsa toxin of S. aureus is a specific endoribonuclease that cuts at the VUUV' site where V or V' can be A, C or G, leading to inhibition of protein synthesis and the ensuing growth arrest. The MazFsa-mediated growth arrest is unique because these cells are viable but cannot replicate. To delineate this unique form of growth arrest, we have shown that MazFsa cleaves most of the cellular mRNAs but spares some housekeeping (e.g. recA, gyrB) and a global regulator (sarA) mRNAs, presumably allowing the bacterium to enter metabolic quiescence without sacrificing viability. We hypothesize that specific RNA-binding protein(s) may protect some of these "important" mRNAs" under MazFsa-mediated stress. A corollary of our hypothesis is that inactivation of these "specific RNA binding proteins", coupled with MazFsa activation, will promote cell death rather than growth arrest since these "essential" mRNA will no longer be protected. Cell fractionation analysis, coupled with Northwestern blots with a labeled sarA mRNA probe, have enabled us to identify CshA, CshB and SA1641 as putative "RNA-binding proteins". CshA and CshB are potential DEAD-box RNA helicases while SA1641 has homology with RNA methyltransferase. Previously, DEAD-box proteins have been known to participate in ribosome biogenesis and mRNA decay. Thus, protection of mRNAs from MazFsa-mediated cleavage by CshA and CshB will be a novel concept for DEAD-box proteins. To validate the above hypotheses, we have developed the following specific aims: I) defining the ability of CshA and CshB to bind and protect selective mRNAs from MazFsa-mediated degradation in vitro; II) assessing the degradation of selective MRNA in single and double cshA and cshB mutants, the viability of these mutants upon MazFsa induction and their sensitivity to selective antibiotics; III) characterization of other factors (e.g. SA1641) that help protect selective mRNA from MazFsa-mediated degradation; IV) evaluating the survival of single and double cshA and cshB mutants with and without MazFsa induction in murine models of infection. The results of these studies will allow us to validate the novel function of DEAD-box and other unique RNA-binding proteins in S. aureus. These studies will also provide us with the validation that activation of MazFsa, coupled with inactivation of CshA, CshB, SA1641 and/or other factors, is a novel approach to kill MSSA and MRSA. Accordingly, MazFsa and "specific RNA binding proteins" represent novel targets for antibiotic development. As TA systems, DEAD-box and other RNA binding proteins are common in prokaryotes, our results may apply to other pathogens.
描述(由申请人提供):金黄色葡萄球菌通常对甲氧西林和其他细胞壁活性抗生素具有耐药性。该应用程序的目标是验证 MazF 毒素和金黄色葡萄球菌的特异性 RNA 结合蛋白可干扰特定 mRNA 降解,作为抗菌药物发现的新靶点。毒素抗毒素系统(TA)在细菌中很常见。在基于蛋白质的不同 TA 模块中,MazEF 系统是迄今为止特征最好的。在我们之前发表的论文中,我们已经证明金黄色葡萄球菌的 MazFsa 毒素是一种特异性核糖核酸内切酶,可在 VUUV' 位点(其中 V 或 V' 可以是 A、C 或 G)进行切割,从而抑制蛋白质合成以及随后的增长停滞。 MazFsa 介导的生长停滞是独特的,因为这些细胞是有活力的,但不能复制。为了描述这种独特的生长停滞形式,我们发现 MazFsa 会切割大部分细胞 mRNA,但保留一些内务处理(例如 recA、gyrB)和全局调节器 (sarA) mRNA,这可能允许细菌在不牺牲活力的情况下进入代谢静止状态。 。我们假设特定的 RNA 结合蛋白可以在 MazFsa 介导的应激下保护这些“重要”mRNA 中的一些。我们假设的一个推论是,这些“特定 RNA 结合蛋白”的失活与 MazFsa 的激活相结合,将促进细胞死亡而不是生长停滞,因为这些“必需”mRNA 将不再受到保护,加上带有标记的 sarA mRNA 探针的 Northwestern 印迹,使我们能够识别 CshA, CshB 和 SA1641 作为假定的“RNA 结合蛋白”,CshA 和 CshB 是潜在的 DEAD-box RNA 解旋酶,而 SA1641 与 RNA 甲基转移酶具有同源性,此前已知 DEAD-box 蛋白参与核糖体生物发生和 mRNA 降解。保护 mRNA 免受 CshA 和 CshB 介导的切割将是 DEAD-box 蛋白的一个新概念。基于上述假设,我们制定了以下具体目标: I) 定义 CshA 和 CshB 结合并保护选择性 mRNA 免受 MazFsa 介导的体外降解的能力; II)评估单和双cshA和cshB突变体中选择性mRNA的降解、这些突变体在MazFsa诱导后的活力以及它们对选择性抗生素的敏感性; III) 有助于保护选择性 mRNA 免受 MazFsa 介导的降解的其他因子(例如 SA1641)的表征; IV)评估在小鼠感染模型中在有和没有MazFsa诱导的情况下单和双cshA和cshB突变体的存活率。这些研究的结果将使我们能够验证金黄色葡萄球菌中 DEAD-box 和其他独特 RNA 结合蛋白的新功能。这些研究还将向我们证实,MazFsa 的激活,加上 CshA、CshB、SA1641 和/或其他因子的灭活,是一种杀死 MSSA 和 MRSA 的新方法。因此,MazFsa 和“特异性 RNA 结合蛋白”代表了抗生素开发的新靶标。由于 TA 系统、DEAD-box 和其他 RNA 结合蛋白在原核生物中很常见,因此我们的结果可能适用于其他病原体。

项目成果

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