Iterative protein redesign

Journal of the American Chemical Society

Volumn 121, Issue 21, 1999, Pages 4952-4960

  Gibney, Brian R ^a   Rabanal, Francesc ^a,c   Skalicky, Jack J ^a,d   Wand, A Joshua ^a   Dutton, P Leslie ^a,b  

^a UNIVERSITY OF PENNSYLVANIA   (United States)

^b UNIVERSITY OF PENNSYLVANIA   (United States)

^c UNIVERSITY OF BARCELONA   (Spain)

^d UNIVERSITY AT BUFFALO   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AROMATIC AMINO ACID; HEMOPROTEIN; MAQUETTE; PEPTIDE; SOLVENT; TRYPTOPHAN; UNCLASSIFIED DRUG;

AMINO ACID SEQUENCE; ARTICLE; CIRCULAR DICHROISM; FLUORESCENCE SPECTROSCOPY; INFRARED SPECTROSCOPY; MOLECULAR WEIGHT; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY; PEPTIDE ANALYSIS; PEPTIDE SYNTHESIS; PROTEIN AGGREGATION; PROTEIN ANALYSIS; PROTEIN CONFORMATION; PROTEIN DENATURATION; PROTEIN FOLDING; PROTEIN MODIFICATION; PROTEIN SECONDARY STRUCTURE; PROTEIN STABILITY; PROTEIN SYNTHESIS; THERMODYNAMICS;

EID: 0033516281     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja9833117     Document Type: Article

References (100)

1. Maynard Smith, J. Nature 1970, 225, 563-564.
2. Anfinsen, C. B. Science 1973, 181, 223-230.
3. (a) DeGrado, W. F.; Wasserman, Z. R.; Lear, J. D. Science 1989, 243, 622-628.
4. (b) Bryson, J. W.; Betz, S. F.; Lu, H. S.; Suich, D. J.; Zhou, H. X.; O'Neil, K. T.; DeGrado, W. F. Science 1995, 270, 935-941.
5. (c) O'Neil, K. T.; DeGrado, W. L. Science 1990, 250, 646-651.
6. (a) Merrifeld, R. B.; Stewart, J. M. Nature 1965, 207, 522-523.
7. (b) Gutte, B.; Merrifeld, R. B. J. Am. Chem. Soc. 1969, 91, 501-502.
8. (a) Harbury, P. B.; Zhang, T.; Kim, P. S.; Alber, T. Science 1993, 262, 1401-1407.
9. (b) Harbury, P. B.; Kim, P. S.; Alber, T. Nature 1994, 371, 80-83.
10. (a) Schenck, H. L.; Gellman, S. H. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 4869-4870.
11. (b) Kortemme, T.; Ramirez-Alvarado, M.; Serrano, L. Science 1998, 281, 253-256.
12. Smith, C. K.; Regan, L. Science 1995, 270, 980-982.
13. Kamtekar, S.; Schiffer, J. M.; Xiong, H.; Babik, J. M.; Hecht, M. H. Science 1993, 262, 1680-1685.
14. Choma, C. T.; Lear, J. T.; Nelson, M. J.; Dutton, P. L.; Robertson, D. E.; DeGrado, W. F. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 856-865.
15. Robertson, D. E.; Fand, R. S.; Moser, C. C.; Urbauer, J. L.; Mulholland, S. E.; Pidikiti, R.; Lear, J. D.; Wand, A. J.; DeGrado, W. F.; Dutton, P. L. Nature 1994, 368, 425-431.
16. (a) Rabanal, F.; DeGrado, W. F.; Dutton, P. L. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 473-474.
17. (b) Rabanal, F.; DeGrado, W. F.; Dutton, P. L. Tetrahedron Lett. 1996, 37, 1347.
18. (a) Gibney B. R.; Mulholland S. E.; Rabanal F.; Dutton P. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 15041-15046.
19. (b) Mulholland, S. E.; Gibney, B. R.; Rabanal, F.; Dutton, P. L. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 10296-10302.
20. Gibney, B. R.; Johansson, J. S.; Rabanal, F.; Skalicky, J. J.; Wand, A. J.; Dutton, P. L. Biochemistry 1997, 36, 2798-2806.
21. Sharp, R. E.; Rabanal, F.; Moser, C. C.; Dutton, P. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 10465-10470.
22. Sharp, R. E.; Diers, J. R.; Bocian, D. F.; Dutton, P. L. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 7103-7104.
23. (a) Rau H. K.; DeJonge N.; Haenel W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 11526-11531.
24. (b) Rau H. K.; Haehnel W. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 468-476.
25. (a) Mutz, M. W.; McLendon, G. L.; Wishart, J. F.; Gaillard, E. R.; Corin, A. F. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 9521-9526.
26. (b) Mutz, M. W.; Case, M. A.; Wishart, J. F.; Ghadiri, M. R.; McLendon, G. L. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 638-639.
27. (a) Rojas, N. R.; Kamtekar, S.; Simons, C. T.; McLean, J. E.; Vogel K. M.; Spiro, T. G.; Fand, R. S.; Hecht, M. H. Protein Sci. 1997, 6, 2512-2524.
28. (b) Scott, M. P.; Biggins, J. Protein Sci. 1997, 6, 340-346.
29. (a) Pinto, A. L.; Hellinga, H. W.; Caradonna, J. C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 5562-5567.
30. (b) Coldren, C. D.; Hellinga, H. W.; Caradonna, J. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 6635.
31. (a) Benson, D. E.; Wisz, M. E.; Liu, W.; Hellinga, H. W. Biochemistry 1998, 37, 7070-7076.
32. (b) Wisz, M. E.; Garrett, C. Z.; Hellinga, H. W. Biochemistry 1998, 37, 8269-8277.
33. D'Auria, G.; Maglio, O.; Nastri, F.; Lombardi, A.; Morelli, G.; Paolillo, L.; Pedone, C.; Pavone, V. Chem. Eur. J. 1997, 3, 350-362.
34. (a) Arnold, P. A.; Shelton, W. R.; Benson, D. R. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 3181-3182.
35. (b) Arnold, P. A.; Benson, D. R.; Brink, D. J.; Hendrich, M. P.; Jas, G. S.; Kennedy, M. L.; Petasis, D. T.; Wang, M. X. Inorg. Chem. 1997, 36, 5306-5315.
36. Ghadiri, M. R.; Choi, C. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 1630-1632.
37. (a) Klemba, M.; Regan, L. Biochemistry 1995, 34, 10094-10100.
38. (b) Farinas, E.; Regan, L. Protein Sci. 1998, 7, 1939-1946.
39. (a) Dieckmann, G. R.; McRorie, D. K.; Tierney, D. L.; Utschig, L. M.; Singer, C. P.; O'Halloran, T. V.; Penner-Hahn, J. E.; DeGrado, W. F.; Pecoraro, V. L. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 6195-6196.
40. (b) Dieckmann, G. R.; McRorie, D. K.; Lear, J. D.; Sharp, K. A.; DeGrado, W. F.; Pecoraro, V. L. J. Mol. Biol. 1998, 280, 897-912.
41. Lazar, G. A.; Desjarlais, J. R.; Handel, T. M. Protein Sci. 1997, 6, 1167-1178.
42. (a) Dahiyat, B. I.; Mayo, S. L. Science 1997, 278, 82-87.
43. (b) Dahiyat, B. I.; Mayo, S. L. Protein Sci. 1996, 5, 895-903.
44. (c) Malakauskas, S. M.; Mayo, S. L. Nat. Struct. Biol. 1998, 5, 470-475.
45. Jiang, X.; Bishop, E. J.; Fand, R. S. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 838-839.
46. (a) Harbury, P. B.; Tidor, B.; Kim, P. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1995, 92, 8408-12.
47. (b) Harbury, P. B.; Plecs, J. J.; Tidor, B.; Alber, T.; Kim, P. S. Science 1998, 282, 1462-1467
48. Raleigh, D. P.; Betz, S. F.; DeGrado, W. F. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 7558-7559.
49. Hill, R. B.; DeGrado, W. F. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 1138-1145.
50. Dolphin, G. T.; Brive, L.; Johansson, G.; Baltzer, L. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11297-11298.
51. (a) Munson, M.; Balasubramanian, S.; Fleming, K. G.; Nagi, A. D.; O'Brien, R. O.; Sturtevant, J. M.; Regan, L. Protein Sci. 1996, 5, 1584-1593.
52. (b) Munson, M.; O'Brien, R.; Sturtevant, J. M.; Regan, L. Protein Sci. 1994, 3, 2015-2022.
53. (a) Betz, S. F.; DeGrado, W. F. Biochemistry 1996, 35, 6955-6962.
54. (b) Betz, S. F.; Liebman, P. A.; DeGrado, W. F. Biochemistry 1997, 36, 2450-2458.
55. Gibney, B. R.; Rabanal, F.; Skalicky, J. J.; Wand, A. J.; Dutton, P. L. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2323-2324.
56. (a) Schafmeister, C. E.; Miercke, L. J. W.; Stroud, R. M. Science 1993, 262, 734-738.
57. (b) Schafmeister, C. E.; LaPorte, S. L.; Miercke, L. J. W.; Stroud, R. M. Nat. Struct. Biol. 1997, 4, 1039-1046.
58. Roy, S.; Ratnaswamy, G.; Boice, J. A.; Fariman, R.; McLendon, G.; Hecht, M. H. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 5302-5306.
59. Cordes, M. H. J.; Davidson, A. R.; Sauer, R. T. Curr. Opin. Struct. Biol. 1996, 6, 3-10.
60. Mathematical experiments exploring sequence space have been performed, see: (a) Lau, K. T.; Dill, K. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 638-642. (b) Dill, K. T. Biochemistry 1990, 29, 7133-7155. (c) Shakhnovich, E. I.; Gutin, A. M. Nature 1990, 346, 773-775. (d) Lipman, D. J.; Wilbur, W. J. Proc. R. Soc. London B 1991, 7-11. (e) Macken, C. A.; Perelson, A. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1989, 86, 6191-6195.
61. Mathematical experiments exploring sequence space have been performed, see: (a) Lau, K. T.; Dill, K. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 638-642. (b) Dill, K. T. Biochemistry 1990, 29, 7133-7155. (c) Shakhnovich, E. I.; Gutin, A. M. Nature 1990, 346, 773-775. (d) Lipman, D. J.; Wilbur, W. J. Proc. R. Soc. London B 1991, 7-11. (e) Macken, C. A.; Perelson, A. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1989, 86, 6191-6195.
62. Mathematical experiments exploring sequence space have been performed, see: (a) Lau, K. T.; Dill, K. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 638-642. (b) Dill, K. T. Biochemistry 1990, 29, 7133-7155. (c) Shakhnovich, E. I.; Gutin, A. M. Nature 1990, 346, 773-775. (d) Lipman, D. J.; Wilbur, W. J. Proc. R. Soc. London B 1991, 7-11. (e) Macken, C. A.; Perelson, A. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1989, 86, 6191-6195.
63. Mathematical experiments exploring sequence space have been performed, see: (a) Lau, K. T.; Dill, K. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 638-642. (b) Dill, K. T. Biochemistry 1990, 29, 7133-7155. (c) Shakhnovich, E. I.; Gutin, A. M. Nature 1990, 346, 773-775. (d) Lipman, D. J.; Wilbur, W. J. Proc. R. Soc. London B 1991, 7-11. (e) Macken, C. A.; Perelson, A. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1989, 86, 6191-6195.
64. Mathematical experiments exploring sequence space have been performed, see: (a) Lau, K. T.; Dill, K. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 638-642. (b) Dill, K. T. Biochemistry 1990, 29, 7133-7155. (c) Shakhnovich, E. I.; Gutin, A. M. Nature 1990, 346, 773-775. (d) Lipman, D. J.; Wilbur, W. J. Proc. R. Soc. London B 1991, 7-11. (e) Macken, C. A.; Perelson, A. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1989, 86, 6191-6195.
65. Vallee, B. L.; Williams, R. J. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1968, 59, 498.
66. Skalicky, J. J.; Gibney, B. R.; Rabanal, F.; Bieber-Urbauer, R. J.; Dutton, P. L.; Wand, A. J. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 4941-4951.
67. Bodanszky, M. Peptide Chemistry: A Practical Approach, 2nd ed.; Springer-Verlag: New York, 1993.
68. Mok, Y.-K.; De Prat Gay, G.; Butler, P. J.; Bycroft, M. Protein Sci. 1996, 8, 310.
69. Skalicky, J. J.; Bieber, R. J.; Gibney, B. R.; Rabanal, F.; Dutton, P. L.; Wand, A. J. J. Biomol. NMR 1998, 11, 227-228.
70. Creamer, T. P.; Rose, G. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1992, 92, 5937-5941.
71. (a) Xia, D.; Yu, C-A.; Kim, H.; Xia, J.-Z.; Kachurin, A. M.; Zhang, L.; Yu, L.; Deisenhofer, J. Science 1997 277, 60-66.
72. (b) Kim, H.; Xia, D.; Yu, C-A.; Xia, J.-Z.; Kachurin, A. M.; Zhang, L.; Yu, L.; Deisenhofer, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 8026-8033.
73. (c) Iwata, S.; Lee, J. W.; Okada, K.; Lee, J. K.; Iwata, M.; Rasmussen, B.; Link, T. A.; Ramaswamy, S.; Jap, B. K. Science 1998, 281, 64-71.
74. Zhang, Z.; Huang, L.; Shulmeister, V. M.; Chi, Y.-I.; Kim, K. K.; Hung, L.-W.; Crofts, A. R.; Berry, E. A.; Kim, S.-H. Nature 1998, 392, 677-684.
75. Stryer, L. Biochemistry; W. H. Freeman and Co.: New York, 1988.
76. Lattman, E. E.; Rose, G. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 439-441.
77. Pace, C. N. Methods Enzymol. 1986, 131, 266-280.
78. Myers, J. K.; Pace, C. N.; Scholtz, J. M. Protein Sci. 1995, 4, 2138-2148.
79. Betz, S. F.; Raliegh, D. P.; DeGrado, W. F. Curr. Opin. Struct. Biol. 1993, 3, 601-610.
80. (a) Semisotnov, G. V.; Rodionova, N. A.; Razgulyaev, O. I.; Uversky, V. N.; Gripas, A. F.; Gilmanshin, R. I. Biopolymers 1991, 31, 119-128.
81. (b) Stryer, L. J. Mol. Biol. 1965, 13, 482-495.
82. Richards, F. M. Annu. Rev. Biophys. Bioeng. 1977, 6, 151-176.
83. Lim, W. A.; Sauer, R. T. J. Mol. Biol. 1991, 219, 359-376.
84. Graddis, T. J.; Myszka, D. G.; Chaiken, I. M. Biochemistry 1993, 32, 12664-12671.
85. O'Shea, E. K.; Lumb, K. J.; Kim, P. S. Curr. Biol. 1993, 3, 658-667.
86. Schneider, J. P.; Lear, J. D.; DeGrado, W. F. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 5742-5743.
87. Dois, A. L.; Chakrabartty, A.; Klingler, T. M. Baldwin, R. L. Biochemistry 1994, 33, 3396-3403.
88. Hecht, M. H.; Richardson, J. S.; Richardson, D. C.; Ogden, R. C. Science 1990, 249, 884-891.
89. Regan, L.; Clarke, N. D. Biochemistry 1990, 29, 10878-10883.
90. Gibney, B. R.; Rabanal, F.; Dutton, P. L. Curr. Opin. Chem. Biol. 1997, 1, 537-542.
91. Creamer, T. P.; Rose, G. D. Proteins 1994, 19, 85-97.
92. Zhou, N. E.; Kay, C. M.; Sykes, B. D.; Hodges, R. S. Biochemistry 1993, 32, 6190-6197.
93. Chakrabartty, A.; Schellman, J. A.; Baldwin, R. L. Nature 1991, 351, 586-588.
94. Minor, D. L. J.; Kim, P. S. Nature 1996, 380, 730-734.
95. Zhang, X.-J.; Baase, W. A.; Matthews, B. W. Protein Sci. 1992, 1, 761-766.
96. Schuster, P.; Fontana, W.; Stadler, P. F.; Hofacker, I. L. Proc. R. Soc. London B 1994, 255, 279-284.
97. Davidson, A. R.; Sauer, R. T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 2146-2150.
98. Davidson, A. R.; Lumb, K. J.; Sauer, R. T. Nat. Struct. Biol. 1995, 2, 856-864.
99. Bornberg-Bauer, E. Biophys. J. 1997, 73, 2393-2403.
100. Lee, D. H.; Granja, J. R.; Martinez, J. A.; Severin, K.; Ghadiri, M. R. Nature 1996, 382, 525-528.