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Entretien des télomères chez le spirochète de la maladie de Lyme.La maladie de Lyme est la maladie transmise par les arthropodes la plus commune en Amérique du Nord. Elle peut causer des complications neurologiques sérieuses, de l’arthrite et des myalgies douloureuses dans le cas d’un patient mal diagnostiqué et non traité. De plus, jusqu'à 10% des individus traités manifestent des symptômes chroniques de la maladie de Lyme pendant des mois ou des années après que l’infection bactérienne ait été apparemment supprimée. Borrelia burgdorferi possède un génome peu commun et fortement segmenté qui se compose la plupart du temps de réplicons linéaires terminés par les télomères fermés de façon covalente en tige-boucle. Ces télomères sont formés lors d'une réaction de coupure et de ligation. La résolvase de télomères, ResT, produit deux télomères tige-boucle à partir d'une jonction repliée dans une réaction ayant des similitudes à celles exécutées par le type IB des topoisomérases ou des recombinases site-spécifiques de type ‘tyrosine recombinase’. Ainsi, alors que le processus général de la formation des télomères de Borrelia est connu, il est encore mal compris comment ces télomères sont protégés d’une attaque par les nucléases cellulaires et comment ils sont coupés et fusionnés par la résolvase. Les objectifs des études réalisées dans mon laboratoire sont l'identification et la caractérisation des facteurs de Borrelia burgdorferi nécessaires à l'entretien et l'intégrité structurale des télomères. Ces facteurs pourraient posséder des caractéristiques essentielles à l'enzymologie de la résolvase de télomères (ResT) et du complexe multifonctionnel de la SbcCD, et même aux protéines spécialisées qui constituent normalement un 'capuchon télomèrique'. Nous poursuivrons ces objectifs en évaluant les hypothèses suivantes: 1) L'activité de cassure du télomère par ResT serait dépendante de l'assemblage de sites actifs composés de deux télomères. 2) La résolvase ResT constituerait également le capuchon télomérique. 3) B. burgdorferi utiliserait d'autres protéines spécialisées en plus de la résolvase comme facteurs protecteurs des télomères. 4) Les propriétés intrinsèques du complexe SbcCd de B. burgdorferi le rendent incapable de casser les télomères de B. burgdorferi. Ces études constituent la première exploration du maintien des télomères dans un microbe pathogène humain. Le maintien des télomères constitue une cible pour le développement des interventions thérapeutiques contre des microbes importants dans la santé humaine. Finalement, comme la transmission peut être bloquée en neutralisant le spirochète, les cibles spécifiques de Borrelia impliquées dans le maintien des télomères pourraient être employées pour le développement d'interventions prophylactiques. My research programme centers around 3 broad aims: 1) to characterize the biochemistry of telomere resolvases, the enzymes that form hairpin telomeres from replicated telomere junctions in the spirochetes of the genus Borrelia and in bacteriophages that possess linear prophages terminated by hairpin telomeres; 2) to investigate the origin of genome linearity in the Borrelia genus of spirochetes which include the causative agents of Lyme disease and relapsing fever maladies; 3) to determine the factors that contribute to maintenance of the structural integrity of hairpin telomeres. Under the first aim I am curently pursuing two projects on the telomere resolvase (ResT) of the Lyme diseases spirochete B. burgdorferi. ResT is an unusual enzyme that has mechanistic similarities to the type lb topoisomerases and to the tyrosine recombinase family of enzymes typified by λ integrase and by the phage P1 cre recombinase. Additionally, ResT also seems to possess an active site module on a separate domain of the protein similar to IS4 transposases. The interplay between these two active site components contributes to the formation of hairpin telomeres. In the first project I have discovered that the relationship of ResT to the tyrosine recombinases extends to ResT being able to catalyze site-specific recombination between replicated telomeres, much in the way cre recombines LoxP sites. This project is near completion and could explain the origin of genome linearity in the genus Borrelia. My hypothesis is that an ancestral phage integrase or chromosome dimer resolution system was co-opted/converted by fusion to part of an ancestral transposase resulting in the new activity of telomere resolution that linearized and fragmented the Borrelia ancestor's genome. Investigating this possibility constitutes a mojor new direction of future research (aim 2). We are also investigating the possibility that the telomere resolution reaction itself utilizes a Holliday junction intermediate. The second project under aim 1 is a characterization of the active site arrangement of ResT for the DNA cleavage step of telomere resolution. This project is about half complete with the tyrosine recombinase-like module mapped in cis. The mapping of the separate and possibly composite transposase-like active site module will follow. Aim 2 will be pursued by recapitulating the linearization of a bacterial genome by engineering the linearization of the E. coli genome. Rational design based on published structures and an unbiased mutagenic approaches to making an atavistic version of ResT that is a site-specific recombinase are planned. A separate study by a Japanese group has established that E. coli can tolerate a linear chromosome provided the linearization occurs near the replication terminus. The necessary proofs of principle for this ambitious exploit already exist. Aim 3 involves determining the factors required for maintenance of the hairpin telomeres. This is a crucial issue because in all organisms with linear genomes telomeres play the dual roles in completing DNA replication and end-capping the chromosome preventing loss of genetic material and the induction of recombination and/or repair processes that would induce genome instability. Early stages of a project to identify telomere capping proteins investigated the possibility that the telomere resolvase itself, after it runs the resolution reaction, becomes the telomere cap. This work uncovered the unexpected site-specific recombination activity of ResT. Completion of the identification of the telomere caps will be another focus of future work. Publications récentesKobryn, K., Burgin, A.B. and Chaconas, G. (2005). Uncoupling the chemical steps of telomere resolution by ResT. J. Biol. Chem. 280 (29), 26788-26795. Kobryn, K. and Chaconas, G. (2005). Fusion of hairpin telomeres by the B. burgdorferi telomere resolvase ResT : Implications for shaping a genome in flux. Molecular Cell 17 (6), 783-791. Tourand, Y., Kobryn, K., and Chaconas, G. (2003). Sequence-specific but position-dependent cleavage of two distinct telomeres by the B. burgdorferi telomere resolvase ResT. Molecular Microbiology 48 (4), 901-911. Kobryn, K., Watson, M.A., Allison, R.G. and Chaconas G. (2002). The Mu three-site synapse : a strained assembly platform in which delivery of the L1 transposase binding site triggers catalytic commitment. Molecular Cell 10, 659-669. Kobryn, K. and Chaconas, G. (2002). ResT, a telomere resolvase encoded by the Lyme disease spirochete. Molecular Cell 9 (1), 195-201. Kobryn, K. and Chaconas, G. (2001). The circle is broken : telomere resolution in linear replicons. Current Opinion in Microbiology 4 (5), 558-564. Kobryn, K., Naigamwalla, D.Z. and Chaconas, G. (2000). Site-specific DNA binding and bending by the Borrelia burgdorferi Hbb protein. Molecular Microbiology 37 (1), 145-155. Kobryn, K., Lavoie, B.D. and Chaconas, G. (1999). Supercoiling-dependent site-specific binding of HU to naked Mu DNA. J. Mol. Biol. 289 (4), 777-784.
RenseignementsKerri Kobryn, Ph.D. |
