# Molecular mechanism regulating periplasmic proteolysis in bacterial pathogenesis

> **NIH NIH R01** · CORNELL UNIVERSITY · 2020 · $309,685

## Abstract

Abstract 
The  majority  of  chronic  bacterial  infections  have  been  attributed  to  biofilm  formation.  Biofilm  formation  is  a 
conserved  physiological  process  during  which  bacteria  become  sessile,  secrete  a  protective  extracellular 
matrix and function as a community, rather than as single cells. It is an adaptation mechanism, which starts 
with  environmental  cues  that  are  transduced  via  cell  signaling  pathways  and  ultimately  translated  into 
changes  in  cellular  behavior.  The  dinucleotide  second  messenger  c-­di-­GMP,  together  with  the  enzymes  for 
its production and degradation, has been identified as the major intracellular signaling molecule that controls 
biofilm formation and virulence in many bacterial species. Many microbes encode a large number of enzymes 
involved  in  c-­di-­GMP  metabolism  and  receptors  for  c-­di-­GMP-­dependent  responses,  and  this  number  often 
scales with the adaptation potential of the organism. The prevalence and organization of c-­di-­GMP signaling 
networks  suggests  that  mechanisms  exist  to  ensure  signaling  specificity,  although  this  hypothesis  has  not 
been explored in great detail. Here, studies will focus on the regulation of a conserved signaling network that 
controls cell adhesion in a wide range of bacteria, including several major human pathogens. Central to this 
regulatory  node  is  a  transmembrane  c-­di-­GMP  receptor  with  a  prevalent  domain  organization  and  the 
enzymes  that  control  its  activity.  Preliminary  data  indicate  that  this  system  is  ideal  to  study  a  major  open 
question in the field: How is c-­di-­GMP signaling specificity achieved in signaling networks containing dozens 
of  proteins  with  identical  catalytic  activities?  We  address  this  question  several  ways  by  focusing  on  the 
conserved,  membrane-­bound,  HAMP  domain-­containing  c-­di-­GMP  receptor  LapD.  We  explore  how  protein-­
protein  interactions  between  this  receptor  and  c-­di-­GMP  metabolizing  enzymes  help  confer  specificity. 
Through these studies we also address how c-­di-­GMP signaling is controlled across the cell membrane, and 
how  this  protein  family,  comprised  of  >2000  HAMP-­GGDEF-­EAL  domain-­containing  proteins,  is  regulated. 
Finally,  we  utilize  mass  spectroscopy-­based  proteomics  approaches  to  systematically  identify  c-­di-­GMP-­
relevant protein networks. These studies will be complemented by the elucidation of specific responses and 
signaling  networks  responsive  to  physiological  inputs,  foremost  nutritional  sources.  Together,  the  proposed 
studies have the potential to reveal broadly relevant molecular mechanisms that are fundamental to c-­di-­GMP 
signaling  and  biofilm  formation.  Considering  the  central  role  of  this  process  in  infectious  diseases,  it  is  well 
accepted  that  understanding  the  underlying  mechanisms  may  enable  the  development ...

## Key facts

- **NIH application ID:** 9942270
- **Project number:** 5R01GM123609-09
- **Recipient organization:** CORNELL UNIVERSITY
- **Principal Investigator:** George A. O'Toole
- **Activity code:** R01 (R01, R21, SBIR, etc.)
- **Funding institute:** NIH
- **Fiscal year:** 2020
- **Award amount:** $309,685
- **Award type:** 5
- **Project period:** 2012-05-15 → 2021-12-31

## Primary source

NIH RePORTER: https://reporter.nih.gov/project-details/9942270

## Citation

> US National Institutes of Health, RePORTER application 9942270, Molecular mechanism regulating periplasmic proteolysis in bacterial pathogenesis (5R01GM123609-09). Retrieved via AI Analytics 2026-05-24 from https://api.ai-analytics.org/grant/nih/9942270. Licensed CC0.

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*[NIH grants dataset](/datasets/nih-grants) · CC0 1.0*