Chemical tools for perturbing iron homeostasis in P. aeruginosa
扰乱铜绿假单胞菌铁稳态的化学工具
基本信息
- 批准号:9674978
- 负责人:
- 金额:$ 29.57万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2016
- 资助国家:美国
- 起止时间:2016-07-15 至 2020-06-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
ABSTRACT
Antibiotic resistance is a worldwide problem, which threatens to disarm important procedures in modern
medicine, such as cancer therapy, organ transplantation, etc. P. aeruginosa is a significant source of hospital
acquired infections and the leading cause of mortality in patients with cystic fibrosis. To combat antibiotic
resistance new antibiotics and new targets are needed. We propose to validate iron homeostasis as a new
target for future development of antibiotics. Bacterial iron homeostasis offers a significant vulnerability because
essential iron must be obtained from the host, which makes the nutrient scarce to invading pathogens
(nutritional immunity). Pathogens have evolved mechanisms to “steal” iron from their host, but these depend
on well-regulated iron homeostasis. We are targeting the protein/protein interactions between the iron storage
protein bacterioferritin (BfrB) and its associated ferredoxin (Bfd), which are necessary to regulate cytosolic iron
concentrations. Importantly, BfrB and Bfd exist only in bacteria. The proposed work builds from our crystal
structure of the BfrB:Bfd complex, and from having shown that blocking the BfrB:Bfd interaction disrupts iron
homeostasis, causes P. aeruginosa cells to become iron deficient, and significantly less virulent in C. elegans
model of infection. Our approach is multidisciplinary and involves investigators with expertise in bacterial iron
metabolism and structural biology (Rivera), organic synthesis/drug discovery (Bunce), chemical biology and
medicinal chemistry (Peterson), and microbiology (Chandler). The aims are to:
1) Develop small molecule probes for blocking the BfrB:Bfd interaction in vitro and in P. aeruginosa. (A) We will
utilize structure based-design principles to develop promising molecules obtained from screening a small
library into potent inhibitors of the BfrB:Bfd interaction. (B) Screen a large library to find additional molecules
that bind BfrB. These will be subjected to co-crystallization trials with BfrB, and the emerging structural
information used to guide their synthetic elaboration into probes capable of blocking the BfrB:Bfd interaction.
2) Study the consequences of perturbing the BfrB:Bfd interaction in P. aeruginosa using genetic and chemical
intervention. We will use genetic techniques to interrogate the effects of blocking the BfrB:Bfd interaction on
iron homeostasis in P. aeruginosa. As we learn about these effects using gene deletions and mutations to the
chromosome, we will use the emerging information as a benchmark to evaluate the efficacy of the chemical
probes developed in Aim 1.
The new probes will serve as the first-ever molecular tools for interrogating bacterial iron homeostasis, first in a
model organism such as P. aeruginosa PAO1, then in clinical isolates of P. aeruginosa, and ultimately in other
pathogenic bacteria where the BfrB:Bfd interaction is conserved.
抽象的
抗生素耐药性是一个世界性问题,它有可能解除现代重要程序的武装。
医学,如癌症治疗、器官移植等。铜绿假单胞菌是医院的重要来源
获得性感染是囊性纤维化患者死亡的主要原因。
抗药性需要新的抗生素和新的靶点,我们建议验证铁稳态作为一种新的方法。
细菌铁稳态具有显着的脆弱性,因为
必需的铁必须从宿主那里获得,这使得入侵的病原体缺乏营养
(营养免疫)。病原体已经进化出从宿主中“窃取”铁的机制,但这取决于它们。
我们的目标是铁储存之间的蛋白质/蛋白质相互作用。
蛋白质细菌铁蛋白 (BfrB) 及其相关铁氧还蛋白 (Bfd),它们是调节胞质铁所必需的
重要的是,BfrB 和 Bfd 仅存在于细菌中。拟议的工作是基于我们的晶体。
BfrB:Bfd 复合物的结构,并表明阻断 BfrB:Bfd 相互作用会破坏铁
体内平衡,导致铜绿假单胞菌细胞缺铁,并且秀丽隐杆线虫的毒性显着降低
我们的方法是多学科的,涉及具有细菌铁专业知识的研究人员。
代谢和结构生物学(Rivera)、有机合成/药物发现(Bunce)、化学生物学和
药物化学(彼得森)和微生物学(钱德勒)目的是:
1) 开发用于阻断体外和铜绿假单胞菌中 BfrB:Bfd 相互作用的小分子探针 (A) 我们将。
基于结构的设计原则来开发通过筛选小分子获得的有前途的分子
(B) 筛选大型文库以寻找其他分子
这些将与 BfrB 进行共结晶试验,以及新兴的结构。
用于指导他们合成能够阻断 BfrB:Bfd 相互作用的探针的信息。
2) 使用遗传和化学方法研究干扰铜绿假单胞菌中 BfrB:Bfd 相互作用的后果
我们将使用遗传技术来探究阻断 BfrB:Bfd 相互作用对人体的影响。
当我们通过基因删除和突变来了解这些影响时,铜绿假单胞菌中的铁稳态。
染色体,我们将使用新出现的信息作为基准来评估化学物质的功效
目标 1 中开发的探针。
新探针将成为有史以来第一个用于研究细菌铁稳态的分子工具,首先是在
模型生物,如铜绿假单胞菌 PAO1,然后是铜绿假单胞菌的临床分离株,最终是其他
BfrB:Bfd 相互作用是保守的病原菌。
项目成果
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