Bioinorganic Explorations of Host-defense Proteins
宿主防御蛋白的生物无机探索
基本信息
- 批准号:10662538
- 负责人:
- 金额:$ 31.44万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2017
- 资助国家:美国
- 起止时间:2017-08-15 至 2026-07-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AddressAnti-Bacterial AgentsAreaBacterial PhysiologyBindingBiochemicalBiologicalBiophysicsCase StudyCell physiologyChemistryClinical ResearchComplexDevelopmentDiagnosticDiseaseDisulfidesEnvironmentEpithelial CellsExtracellular SpaceFundingGoalsGrowthHomeostasisHost DefenseHumanHuman PathologyImmuneInfectionInfection preventionInflammationInflammatoryInnate Immune ResponseInnate Immune SystemIntestinesInvadedInvestigationIonsLaboratoriesLeukocyte L1 Antigen ComplexLinkMetalsMethionineModelingMolecularMusNutrientNutrient availabilityNutritional ImmunityOrganismOutcomePathologyPeptide HydrolasesPhysiologyPlayPost-Translational Protein ProcessingPropertyProteinsResearchResistanceRoleRosaniline DyesS100A8 geneS100A9 geneSiteStarvationStructureTestingTherapeuticTransition ElementsUrinary tract infectionUropathogenic E. coliWorkbiophysical propertiesdesigndisulfide bondexpectationextracellularhost-microbe interactionshuman diseasein vivoinsightmicrobialmolecular modelingneutrophilnovel diagnosticsoxidationpathogenpathogenic Escherichia colipathogenic bacteriapathogenic funguspathogenic microbepreventresponseuptake
项目摘要
PROJECT SUMMARY
The overarching goal of this renewal application is to elucidate the molecular basis for how human calprotectin
(CP, S100A8/S100A9 oligomer) functions in the metal-withholding innate immune response, and to evaluate its
impact on the physiology of uropathogenic Escherichia coli (UPEC), which cause the majority of urinary tract
infections in humans. Transition metals are essential nutrients for all organisms, and the availability of these
nutrients plays a critical role during microbial infection. Consequently, the human innate immune system
launches a metal-withholding response and deploys metal-sequestering host-defense proteins into the
extracellular space to limit metal availability and hinder pathogen growth. CP is an abundant and functionally
versatile metal-withholding protein; it sequesters multiple metal nutrients including Mn(II), Fe(II), Ni(II) and
Zn(II). Recent studies by our laboratory and others provide compelling evidence that the molecular speciation
of extracellular CP is a heterogenous ensemble of different species that arises from different metal-bound
forms as well as oxidative post-translational modifications. We hypothesize that this complex molecular
speciation of CP, including the occurrence of methionine oxidation and disulfide bonding, has profound
consequences for its extracellular function and lifetime. Recent studies by our laboratory and others also
demonstrate that CP is a Cu-withholding protein. We hypothesize that CP sequesters both Cu(II) and Cu(I) and
that this function impacts the physiology and metal homeostasis in diverse bacterial pathogens including
UPEC. In Aim 1, we will examine disulfide bond formation within and between CP heterodimers, the
biophysical properties of these disulfide-linked species, and their ability to sequester metals from bacterial
pathogens. In Aim 2, we will evaluate the Cu(II/I)-binding properties of CP and the consequences of multi-
metal sequestration by CP on UPEC as a case study. We expect that these investigations will advance the
molecular model for how CP contributes to the metal-sequestering innate immune response, underscore the
importance of considering CP species that result from oxidative posttranslational modification, and elucidate
the molecular basis for Cu withholding by CP. Moreover, we expect that our studies of the interplay of CP and
UPEC will provide new insight into how the host and pathogen compete for Cu and other nutrient metals. We
further expect that the outcomes of this initiative may guide the design and development of novel diagnostic,
preventative and therapeutic approaches for microbial infections and other pathologies such as inflammatory
diseases that involve CP.
项目概要
这一更新申请的总体目标是阐明人钙卫蛋白如何发挥作用的分子基础。
(CP,S100A8/S100A9 寡聚物)在金属抑制先天免疫反应中发挥作用,并评估其
对泌尿道致病性大肠杆菌 (UPEC) 生理学的影响,该大肠杆菌导致大多数尿路感染
人类感染。过渡金属是所有生物体必需的营养物质,并且这些物质的可用性
营养物质在微生物感染过程中起着至关重要的作用。因此,人类先天免疫系统
启动金属扣留反应并将金属螯合宿主防御蛋白部署到
细胞外空间限制金属可用性并阻碍病原体生长。 CP是一种丰富且功能丰富的
多功能金属扣留蛋白;它可以隔离多种金属营养物,包括 Mn(II)、Fe(II)、Ni(II) 和
锌(II)。我们实验室和其他人最近的研究提供了令人信服的证据,表明分子形态
细胞外 CP 是不同物种的异质集合,由不同的金属结合产生
形式以及氧化翻译后修饰。我们假设这种复杂的分子
CP的形态,包括蛋氨酸氧化和二硫键的发生,具有深远的影响
对其细胞外功能和寿命的影响。我们实验室和其他人最近的研究也
证明CP是一种Cu扣留蛋白。我们假设 CP 螯合 Cu(II) 和 Cu(I),并且
该功能影响多种细菌病原体的生理和金属稳态,包括
统一经济共同体。在目标 1 中,我们将检查 CP 异二聚体内部和之间的二硫键形成,
这些二硫键连接物种的生物物理特性,以及它们从细菌中螯合金属的能力
病原体。在目标 2 中,我们将评估 CP 的 Cu(II/I) 结合特性以及多重影响的后果
以 UPEC 上的 CP 金属封存为例进行研究。我们预计这些调查将推动
CP 如何促进金属螯合先天免疫反应的分子模型,强调了
考虑氧化翻译后修饰产生的 CP 物种的重要性,并阐明
CP 扣留 Cu 的分子基础。此外,我们期望我们对 CP 和 CP 相互作用的研究
UPEC 将为宿主和病原体如何竞争铜和其他营养金属提供新的见解。我们
进一步期望该倡议的成果可以指导新型诊断的设计和开发,
微生物感染和其他病理(例如炎症)的预防和治疗方法
涉及 CP 的疾病。
项目成果
期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Biochemical and Spectroscopic Observation of Mn(II) Sequestration from Bacterial Mn(II) Transport Machinery by Calprotectin.
钙卫蛋白从细菌 Mn(II) 运输机械中螯合 Mn(II) 的生化和光谱观察。
- DOI:
- 发表时间:2018-01-10
- 期刊:
- 影响因子:15
- 作者:Hadley, Rose C;Gagnon, Derek M;Brophy, Megan Brunjes;Gu, Yu;Nakashige, Toshiki G;Britt, R David;Nolan, Elizabeth M
- 通讯作者:Nolan, Elizabeth M
Calcium Binding to the Innate Immune Protein Human Calprotectin Revealed by Integrated Mass Spectrometry.
通过集成质谱法揭示钙与先天免疫蛋白人钙卫蛋白的结合。
- DOI:
- 发表时间:2020
- 期刊:
- 影响因子:15
- 作者:Adhikari, Jagat;Stephan, Jules R;Rempel, Don L;Nolan, Elizabeth M;Gross, Michael L
- 通讯作者:Gross, Michael L
Biophysical Examination of the Calcium-Modulated Nickel-Binding Properties of Human Calprotectin Reveals Conformational Change in the EF-Hand Domains and His3Asp Site.
对人钙卫蛋白的钙调节镍结合特性的生物物理检查揭示了 EF-Hand 结构域和 His3Asp 位点的构象变化。
- DOI:
- 发表时间:2018-07-17
- 期刊:
- 影响因子:2.9
- 作者:Nakashige, Toshiki G;Bowman, Sarah E J;Zygiel, Emily M;Drennan, Catherine L;Nolan, Elizabeth M
- 通讯作者:Nolan, Elizabeth M
Avian MRP126 Restricts Microbial Growth through Ca(II)-Dependent Zn(II) Sequestration.
禽类 MRP126 通过 Ca(II) 依赖性 Zn(II) 封存来限制微生物生长。
- DOI:
- 发表时间:2020
- 期刊:
- 影响因子:2.9
- 作者:Bozzi, Aaron T;Nolan, Elizabeth M
- 通讯作者:Nolan, Elizabeth M
Metal sequestration by S100 proteins in chemically diverse environments.
S100 蛋白在化学多样性环境中的金属螯合。
- DOI:
- 发表时间:2022-07
- 期刊:
- 影响因子:15.9
- 作者:Rosen, Tomer;Wang, Kwo;Nolan, Elizabeth M
- 通讯作者:Nolan, Elizabeth M
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