Targeting transcription-coupled DNA supercoiling for discovering antibiotics against bacterial DNA gyrase
靶向转录偶联 DNA 超螺旋以发现针对细菌 DNA 旋转酶的抗生素
基本信息
- 批准号:9316780
- 负责人:
- 金额:$ 23.26万
- 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:2017-07-21 至 2019-06-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:ATP HydrolysisAddressAdoptedAffectAntibiotic ResistanceAntibioticsAntimicrobial ResistanceBacteriaBacterial DNABacterial Drug ResistanceBacterial InfectionsBiochemicalBiological AssayBone Marrow TransplantationCellsCellular AssayCenters for Disease Control and Prevention (U.S.)ChemicalsChemotherapy-Oncologic ProcedureChromosomesCiprofloxacinClinicalCollectionComplexCoupledDNADNA GyraseDevelopmentEnzymesEscherichia coliFirefly LuciferasesFluorescenceFluorescence Resonance Energy TransferFluoroquinolonesGenetic TranscriptionGoalsGram-Negative Bacterial InfectionsHealthHumanIn VitroInfectionIsopropyl ThiogalactosideLabelLacZ GenesLibrariesLuc GeneMethodsOperative Surgical ProceduresOrganPatientsPoisonPropertyPublic HealthPublishingReportingReproducibilityResearchResistanceSiteSuperhelical DNATopoisomeraseTopoisomerase IIUnited States National Institutes of HealthWorld HealthWorld Health Organizationantimicrobialbacterial resistancebactericidebasecombatcostdensitydisorder preventionfightingfluorophorehigh riskhigh throughput screeningin vitro Assayinhibitor/antagonistkillingsluminescencenovelpathogenpromoterscreeningsmall molecule librariesstem
项目摘要
Prokaryotic DNA gyrase is a type II topoisomerase that can introduce negative supercoils to the DNA
substrates with the hydrolysis of ATP. Because DNA gyrase only exists in bacterial cells and is an essential
enzyme to bacteria, it is possible to identify inhibitors targeting DNA gyrase without affecting host human
enzymes. Additionally, DNA gyrase can form covalent enzyme-DNA complex intermediates. This property
makes gyrase an excellent bactericidal target for developing antibiotics. Indeed, fluoroquinolones are among
the most successful antibiotics targeted to DNA gyrase. Unfortunately, bacterial resistance to fluoroquinolones
has emerged and makes the development of new, more effective antibiotics an urgent issue especially for
Gram-negative bacterial infections. The long-term goal of the proposed research is to discover and develop
new and effective antibiotics that are capable of treating infections of antibiotic resistance bacteria. The
objectives of this application are to develop novel biochemical and cell-based assays to screen antimicrobial
compounds targeting bacterial DNA gyrase, and screen the NCATS compound library to identify novel DNA
gyrase inhibitors. The biochemical primary assay stems from the synthesis of a type of unique fluorescence-
labeled DNA molecules that can be used to study DNA topology and topoisomerases by fluorescence
resonance energy transfer (FRET). The cellular assay is based on one recently constructed E. coli strain
FL#1181 that contains a pair of divergently coupled PgyrA and PT7A1/O4 promoters controlling the luc and lacZ
genes at the attTn7 site of the E. coli chromosome (84 min of the chromosome). Since transcription-coupled
DNA supercoiling (TCDS) provided by a strong IPTG-inducible promoter, such as the T7A1/O4 promoter
(PT7A1/O4), is capable of potently inhibiting the divergently coupled, supercoiling-sensitive gyrA promoter (PgyrA),
our hypothesis is that DNA gyrase inhibitors should greatly “enhance” the expression of the firefly luciferase
under the control of the divergently coupled, supercoiling-sensitive PgyrA. As a result, the luminescence
generated from the firefly luciferase will be significantly increased. This unique property of TCDS can be
effectively used to screen and identify antimicrobial compounds targeting bacterial DNA gyrase. Three specific
aims are: Aim 1. Develop a novel in vitro biochemical assay to screen inhibitors targeting bacterial DNA
gyrase. Aim 2. Screen the NCATS compound collection to identify bacterial DNA gyrase inhibitors. Aim 3.
Validate hits and identify DNA gyrase poisons using a newly developed cell-based method targeting TCDS.
This truely interdisciplinary and collaborative effort brings two labs together (Leng and Smith labs) and offers a
novel solution to address an urgent world health problem, antimicrobial resistance.
!
原核 DNA 旋转酶是一种 II 型拓扑异构酶,可以向 DNA 引入负超螺旋
因为DNA旋转酶只存在于细菌细胞中,并且是必需的。
酶对细菌的影响,有可能识别针对 DNA 旋转酶的抑制剂,而不影响宿主人类
此外,DNA旋转酶可以形成共价酶-DNA复合物中间体。
使旋转酶成为开发抗生素的绝佳杀菌靶标。事实上,氟喹诺酮类药物就是其中之一。
最成功的针对 DNA 旋转酶的抗生素不幸的是,细菌对氟喹诺酮类药物产生耐药性。
的出现使得开发新的、更有效的抗生素成为一个紧迫的问题,特别是对于
拟议研究的长期目标是发现和开发革兰氏阴性细菌感染。
能够治疗抗生素耐药性细菌感染的新型有效抗生素。
该应用的目标是开发新型生化和细胞检测方法来筛选抗菌药物
靶向化合物细菌 DNA 旋转酶,并筛选 NCATS 化合物库以鉴定新 DNA
旋转酶抑制剂。生化主要测定源于一种独特的荧光-的合成。
标记的 DNA 分子,可用于通过荧光研究 DNA 拓扑结构和拓扑异构酶
共振能量转移 (FRET) 细胞测定基于一种最近构建的大肠杆菌菌株。
FL#1181 包含一对不同耦合的 PgyrA 和 PT7A1/O4 启动子,控制 luc 和 lacZ
大肠杆菌染色体 attTn7 位点的基因(自转录偶联后 84 分钟)。
DNA 超螺旋 (TCDS) 由强 IPTG 诱导型启动子(例如 T7A1/O4 启动子)提供
(PT7A1/O4),能够有效抑制发散耦合的超螺旋敏感 gyrA 启动子 (PgyrA),
我们的假设是 DNA 旋转酶抑制剂应该大大“增强”萤火虫荧光素酶的表达
在发散耦合、超螺旋敏感的 PgyrA 的控制下,发光。
由萤火虫荧光素酶产生的TCDS的这种独特性质可以显着增加。
用于有效筛选和鉴定针对细菌 DNA 旋转酶的抗菌化合物。
目标是: 目标 1. 开发一种新型体外生化测定来筛选针对细菌 DNA 测定的抑制剂
目标 2. 筛选 NCATS 化合物集合以鉴定细菌 DNA 旋转酶抑制剂。
使用新开发的针对 TCDS 的基于细胞的方法验证命中并识别 DNA 旋转酶毒物。
这种真正的跨学科和协作努力将两个实验室(Leng 和 Smith 实验室)结合在一起,并提供了
解决紧迫的世界健康问题——抗菌素耐药性的新解决方案。
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项目成果
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