STRUCTURE AND FUNCTION OF C. DIFFICILE TOXINS

Project Summary Clostridium  difficile  infection  (CDI)  is  the  most  common  cause  of  antibiotic-­associated  diarrhea and  gastroenteritis-­associated  death  among  developed  countries,  and  it  is  classified  as  one  of the top three ?urgent threats? by the US Centers for Disease Control and Prevention (CDC). The disease associated with CDI is mainly mediated by two homologous exotoxins, TcdA and TcdB. They target and disrupt the colonic epithelium, leading to diarrhea and colitis. Receptor-­binding is  a  critical  step  in  the  toxin?s  action  and  largely  determine  toxin  tropisms,  and  these  receptors are  also  molecular  targets  for  therapeutic  interventions.  The  goal  of  our  proposal  is  to  identify and  characterize  toxin  receptors,  establish  a  structural  basis  for  toxin-­receptor  recognition,  and harness  this  knowledge  to  gain  a  mechanistic  understanding  of  the  biology,  pathogenesis,  and therapy  of  TcdA  and  TcdB.  We  will  take  a  multi-­disciplinary  approach,  bringing  together  the expertise  in  toxin  structure/function  of  Dr.  Rongsheng  Jin?s  group  with  the  expertise  in  toxin receptor  identification/pathogenesis  of  Dr.  Min  Dong?s  group.  This  proposed  work  is  built  on both our published work on identifying Frizzled (FZD) proteins as TcdB receptors, and extensive preliminary  data  on  toxin-­receptor  interactions.  We  will  focus  on  three  aims:  (1)  elucidate  the structural basis and pathogenic relevance of TcdB-­FZD recognition;? (2) understand the structure of  TcdB  and  the  influence  of  FZD  binding;?  and  (3)  identify  and  characterize  novel  TcdA receptors  through  a  CRISPR/Cas9  mediated  genome-­wide  screens.  These  proposed  studies will  provide  a  comprehensive  understanding  of  toxin-­receptor  interactions  and  how  they contribute to the toxin biology and pathogenesis of TcdA and TcdB.