Regulation of infection-associated protein expressed by the Lyme disease spirochete DnaA protein

NIH RePORTER · NIH · R21 · $222,582 · view on reporter.nih.gov ↗

Abstract

ABSTRACT  Vector-­borne  pathogens  such  as  Borrelia  burgdorferi,  the  agent  of  Lyme  disease,  produce  different  proteins  during  infection  of  the  mammalian  host  and  the  arthropod  vector.  These  include  distinct  surface  proteins  to  interact  with  the  variety  of  tissues  that  are  encountered.  In  addition,  vector-­borne  bacteria  must  sense  when  the vector is feeding on a host, and efficiently coordinate transmission processes.  We  discovered  that  several  key  infection-­associated  proteins  that  are  produced  during  tick  feeding  and  transmission  can  be  induced  in  culture  by  increasing  the  rate  of  bacterial  replication.  A  model  proposes  that  this  corresponds to the dramatic  increase  in  growth  rate  of  B.  burgdorferi  when a tick  begins  to feed  on blood.  We  found  that  the  master  regulator  of  chromosomal  replication,  the  DnaA  protein,  binds  adjacent  to  the  transcriptional  promoters  of  loci  that  encode  two  global  regulatory  proteins.  Both  of  those  regulatory  proteins  direct the production of surface proteins that contribute to mammalian infection processes. DnaA homologs are  known  to  regulate  transcription  in  E.  coli  and  other  bacterial  species.  We  hypothesize  that  DnaA  serves  to  connect borrelial replication with production of infection-­associated proteins.  The  planned  studies  will  critically  test  that  hypothesis  by  identifying  DnaA-­binding  sites  throughout  the  B.  burgdorferi  genome  by  chromatin  immunoprecipitation  -­  sequencing  (ChIP-­Seq),  characterizing  new  DnaA-­ regulated loci, and biochemically defining factors involved with DnaA-­binding.  Altogether,  results  of these  studies  will  characterize a  novel  regulon  of  the Lyme  disease spirochete, providing  substantial new insight on the bacteria’s physiology and infectious mechanisms.

Key facts

NIH application ID
9984651
Project number
1R21AI147139-01A1
Recipient
UNIVERSITY OF KENTUCKY
Principal Investigator
Brian Stevenson
Activity code
R21
Funding institute
NIH
Fiscal year
2020
Award amount
$222,582
Award type
1
Project period
2020-02-14 → 2022-01-31