Oxidative DNA damage is instrumental in hyperreplication stress-induced inviability of Escherichia coli

Abstract

En Escherichia coli, un aumento en la forma unida de ATP del iniciador de proteína DnaA da resultados en hiperiniciación e inviabilidad. Aquí, mostramos que dicha replicación de estrés es tolerada en el crecimiento anaeróbico. En las células de hiperiniciación, un cambio de la anaeróbica para crecimiento aeróbico dio como resultado la fragmentación aparente de cromosomas y una disminución en su concentración terminal, lo que conduce a un aumento dramático de la ratio ori/ter y el cese del crecimiento celular. La viabilidad aeróbica fue restaurada por reducir el nivel de especies reactivas del oxígeno (ROS) o por eliminación mutM (Fpg glicosilasa). Las roturas de la doble hélice observadas en las células de hiperiniciación resultan, por lo tanto, del encuentro entre los tenedores de replicación y las lesiones de ADN de una sola hélice generadas mientras se quitan bases oxidadas, principalmente 8-oxoG, a partir del ADN. Llegamos a la conclusión de que existe un delicado equilibrio entre la replicación cromosómica y el daño del ADN infligido a ROS por lo que el número de horquillas de replicación sólo puede aumentar cuando la formación de ROS se reduce o si la reparación pertinente se ve comprometida.

In Escherichia coli, an increase in the ATP bound form of the DnaA initiator protein results in hyperinitiation and inviability. Here, we show that such replication stress is tolerated during anaerobic growth. In hyperinitiating cells, a shift from anaerobic to aerobic growth resulted in appearance of fragmented chromosomes and a decrease in terminus concentration, leading to a dramatic increase in ori/ter ratio and cessation of cell growth. Aerobic viability was restored by reducing the level of reactive oxygen species (ROS) or by deleting mut M (Fpg glycosylase). The double-strand breaks observed in hyperinitiating cells therefore results from replication forks encountering single-stranded DNA lesions generated while removing oxidized bases, primarily 8-oxoG, from the DNA. We conclude that there is a delicate balance between chromosome replication and ROS inflicted DNA damage so the number of replication forks can only increase when ROS formation is reduced or when the pertinent repair is compromised.