"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF7376
ETF7376 "Erinevate DNA reparatsioonisüsteemide ja DNA polümeraaside osalus stressist indutseeritud mutageneesil pseudomonaadides (1.01.2008−31.12.2011)", Maia Kivisaar, Tartu Ülikool, Bioloogia-geograafiateaduskond, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Molekulaar- ja Rakubioloogia Instituut, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond.
ETF7376
Erinevate DNA reparatsioonisüsteemide ja DNA polümeraaside osalus stressist indutseeritud mutageneesil pseudomonaadides
Involvement of different DNA repair systems and DNA polymerases in stress-induced mutagenesis in pseudomonads
1.01.2008
31.12.2011
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
1. Bio- ja keskkonnateadused1.2. MikrobioloogiaB230 Mikrobioloogia, bakterioloogia, viroloogia, mükoloogia 1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt100,0
AsutusRollPeriood
Tartu Ülikool, Bioloogia-geograafiateaduskondkoordinaator01.01.2008−31.12.2011
Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Molekulaar- ja Rakubioloogia Instituutkoordinaator01.01.2008−31.12.2011
Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskondkoordinaator01.01.2008−31.12.2011
PerioodSumma
01.01.2008−31.12.2008348 000,00 EEK (22 241,25 EUR)
01.01.2009−31.12.2009334 080,00 EEK (21 351,60 EUR)
01.01.2010−31.12.2010334 080,00 EEK (21 351,60 EUR)
01.01.2011−31.12.201121 351,60 EUR
86 296,05 EUR

Looduslikes tingimustes puutuvad bakterid pidevalt kokku kasvu pidurdavate stressifaktoritega. Olukorras, kus bakterite paljunemine on takistatud (näit. toitainete nälg, uue peremeesorganismi koloniseerimine) toimub bakteripopulatsiooni kiire adapteerumine muutunud keskkonnatingimustega bakterites tekkivate mutatsioonide teel. Projekti eesmärgiks on jätkata stressist indutseeritud mutageneesi molekulaarsete mehhanismide väljaselgitamist bakteritel, eeskätt pseudomonaadidel, mis on looduses üks kõige arvukamaid ja laiemalt levinud bakterirühmi. Meie varasemad uuringud on näidanud, et vigutekitav (error-prone) Y perekonna DNA polümeraas Pol IV osaleb nälgivates Pseudomonas putida rakkudes spetsiifiliselt raaminihke mutatsioonide tekkel, kuid ei põhjusta teiste punktmutatsioonide teket. Sellest tulenevalt kavatseme uurida, kas pseudomonaadidel on ka teisi stressist indutseeritud mutageneesil osalevaid DNA polümeraase. Pseudomonaadide nagu ka paljude teiste bakterite genoomis puuduvad Pol V geenid, kuid sisaldub geenikassett, mis kodeerib replikatiivse DNA polümeraasi Pol III katalüütilise subühiku homoloogi DnaE2 ja Y-perekonna DNA polümeraaside homoloogi ImuB. Bakteris P. putida ImuB soodustab ja DnaE2 vähendab mutatsioonide tekkimist. Kavandatud projektis soovime jätkata ImuB ja DnaE2 mutatsiooniprotsessides osaluse molekulaarsete mehhanismide väljaselgitamist Pseudomonas’es. Lisaks uurime DNA reparatsiooni toimemehhanisme pseudomonaadides, pöörates enim tähelepanu DNA valepaardumisi kõrvaldava reparatsiooni MMR ja nukleotiidi väljalõikereparatsiooni NER mehhanismidele bakterites P. putida ja P. aeruginosa. Meie varasemad tulemused viitavad sellele, et NER ja MMR võivad (lisaks oma traditsioonilisele rollile vigade korrigeerimisel) olla ka spontaansete mutatsioonide allikaks, seda näiteks Pol IV poolt läbiviidava vigaderohke DNA sünteesi kaudu. Selgitamaks täpsemalt DNA reparatsiooniensüümide osalusmehhanisme mutatsiooniprotsessides, uurime detailsemalt DNA reparatsioonivalkude ja DNA polümeraaside vahelisi interaktsioone. Uurimistöö tulemusena loodame saada terviklikuma pildi DNA reparatsioonilise sünteesi ja mutageneesi seostest bakterites. Projeki raames viime läbi nii in vivo funktsionaalseid teste kui ka puhastatud valkude biokeemilisi uuringuid. Saadud tulemused võiksid olla olulised mõistmaks mikroorganismide evolutsioneerumise molekulaarseid mehhanisme tavatingimustes, kus bakterite kiire paljunemine on takistatud.
In nature, bacteria are constantly confronted by variable stressful environments which severely inhibit growth of these organisms. Under growth-restricting conditions (e.g., nutrient starvation, colonization of new hosts) microbial populations can rapidly adapt to a new environment due to mutation. The aim of this project is to continue our studies on mechanisms of stress-induced mutagenesis in bacteria by focusing on pseudomonads, one of the most prominent and widely distributed groups of bacteria. Our previous studies have revealed that error-prone Y family DNA polymerase Pol IV is specifically involved in occurrence of frameshift mutations but not the other types of mutations in starving Pseudomonas putida. Hence, we will look for other polymerases which might be involved in stress-induced mutagenesis in pseudomonads. Pseudomonads lack chromosomal Pol V genes but carry instead a wide-spread multiple gene cassette containing dnaE2 which encodes a second copy of alpha subunit of DNA polymerase III and imuB which is related to genes for Y-family DNA polymerases. In P. putida, ImuB facilitates and DnaE2 reduces occurrence of mutations. In the proposed project, we plan to continue studies of molecular mechanisms of mutagenesis connected with action of ImuB and DnaE2 in this process in Pseudomonas. Additionally, we will further elucidate DNA repair mechanisms in pseudomonads by focusing on functioning of DNA mismatch repair MMR and nucleotide excision repair NER in P. putida and in P. aeruginosa. Our previous results have indicated that NER and MMR besides correcting DNA may also serve as a source of mutagenesis, for example, via error-prone DNA synthesis provided by Pol IV. To further elucidate the role of repair enzymes in mutagenic processes, we will investigate interactions of different DNA repair components and DNA polymerases. Hence, we expect to obtain more comprehensive picture about DNA repair synthesis and mutagenesis in bacteria. The research will entail both in vivo functional assays and biochemical studies with purified proteins. The proposed research would be of importance to understand mechanisms of evolution of microorganisms under growth-restricting conditions which is a common situation in natural environment.