Understanding metalloprotein folding using a de novo design strategy

Inorganic Chemistry

Volumn 43, Issue 25, 2004, Pages 7902-7915

  Ghosh, Debdip ^a   Pecoraro, Vincent L ^a  

^a UNIVERSITY OF MICHIGAN   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AMINO ACID DERIVATIVE; HEAVY METAL; MERCURY; METALLOPROTEIN; PEPTIDE DERIVATIVE; THIOL DERIVATIVE;

AMINO ACID SEQUENCE; BINDING AFFINITY; CONFORMATION; KINETICS; METAL BINDING; PROTEIN FOLDING; PROTEIN MOTIF; PROTEIN STRUCTURE; REVIEW; THERMODYNAMICS;

AMINO ACID SEQUENCE; KINETICS; METALLOPROTEINS; MODELS, MOLECULAR; MOLECULAR SEQUENCE DATA; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE, BIOMOLECULAR; PROTEIN CONFORMATION; PROTEIN FOLDING;

EID: 10044289354     PISSN: 00201669     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ic048939z     Document Type: Review

References (133)

1. Lombardi, A.; Summa, C. M.; Geremia, S.; Randaccio, L.; Pavone, V.; DeGrado, W. F. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 6298-6305.
2. Hill, R. B.; Raleigh, D. P.; Lombardi, A.; DeGrado, W. F. Acc. Chem. Res. 2000, 33, 745-754.
3. Nastri, F.; Lombardi, A.; Pavone, V. Chem. Rev. 2001, 101, 3165-3189.
4. DeGrado, W. F.; Summa, C. M.; Pavone, V.; Nastri, F.; Lombardi, A. Annu. Rev. Biochem. 1999, 68, 779-819.
5. DeGrado, W. F.; Wasserman, Z. R.; Lear, J. D. Science 1989, 243, 622-628.
6. Bryson, J. W.; Betz, S. F.; Lu, Z. X.; Suich, D. J.; Zhou, H. X. Science 1995, 270, 935-941.
7. Findlay, W. A.; Shaw, G. S.; Sykes, B. D. Curr. Opin. Struct. Biol. 1992, 2, 57-60.
8. Berg, J. M. Curr. Opin. Struct. Biol. 1993, 3, 585-588.
9. Regan, L. Trends Biochem. Sci. 1995, 20, 280-285.
10. Hellinga, H. W. Curr. Opin. Biotechnol. 1996, 7, 437-441.
11. Tuchscherer, G.; Dumy, P.; Mutter, M. Chimia 1996, 50, 644-648.
12. Lu, Y.; Valentine, J. S. Curr. Opin. Struct. Biol. 1997, 7, 495-500.
13. Regan, L. Adv. Mol. Cell Biol. 1997, 22A, 51-80.
14. Hellinga, H. W. Folding Des. 1998, 3, R1-R8.
15. Benson, D. R.; Wisz, M. S.; Hellinga, H. W. Curr. Opin. Biotechnol. 1998, 9, 370-376.
16. Cox, E. H.; McLendon, G. L. Curr. Opin. Chem. Biol. 2000, 4, 162-165.
17. Xing, G.; DeRose, V. J. Curr. Opin. Chem. Biol. 2001, 5, 196-200.
18. Kennedy, M. C.; Gibney, B. R. Curr. Opin. Struct. Biol. 2001, 11, 485-490.
19. Lu, Y.; Berry, S. M.; Pfister, T. D. Chem. Rev. 2001, 101, 3047-3080.
20. Baltzer, L.; Nilsson, J. Curr. Opin. Biotechnol. 2001, 12, 355-360.
21. Barker, P. D. Curr. Opin. Struct. Biol. 2003, 13, 490-499.
22. Ruan, F.; Chen, Y.; Hopkins, P. B. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 9403-9404.
23. Ruan, F.; Chen, Y.; Itoh, K.; Sasaki, T.; Hopkins, P. B. J. Org. Chem. 1991, 56, 4347-4354.
24. Cheng, R. P.; Fisher, S. L.; Imperiali, B. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1996, 118, 11349-11356.
25. Impellizzeri, G.; Pappalardo, G.; Purello, R.; Rizzarelli, E.; Santoro, A. M. Chem.-Eur. J. 1998, 4, 1791-1798.
26. Henin, O.; Barbier, B.; Boillot, F.; Brack, A. Chem.-Eur. J. 1999, 5, 218-226.
27. Cline, D. J.; Thorpe, C.; Schneider. J. P. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 2923-2929.
28. Spiga, O.; Scarselli, M.; Bernini, A.; Ciutti, A.; Giovannoni, L.; Laschi, F.; Bracci, L.; Niccolai, N. Biophys. Chem. 1997, 97, 79-86.
29. Spiga, O.; Bernini, A.; Scarselli, M.; Ciutti, A.; Giovannoni, L.; Laschi, F.; Bracci, L.; Niccolai, N. J. Pept. Sci. 2002, 8, 634-641.
30. Ghadiri, M. R.; Choi, C. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 1630-1632.
31. Ghadiri, M. R.; Fernholz, K. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 9633-9635.
32. Lieberman, M.; Sasaki, T. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 1470-1471.
33. Lieberman, M.; Tabet, M.; Sasaki, T. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 5035-5044.
34. 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.
35. Ghadiri, M. R.; Soares, C.; Choi, C. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 825-831.
36. Ghadiri, M. R.; Case, M. A. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1993, 32, 1594-1597.
37. Ghadiri, M. R.; Soares, C.; Choi, C. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 4000-4002.
38. Case, M. A.; Ghadiri, M. R.; Mutz, M. W.; McLendon, G. L. Chirality 1998, 10, 35-40.
39. Zhou, J.; Case, M. A.; Wishart, J. F.; McLendon, G. L. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 9975-9980.
40. Case, M. A.; McLendon, G. L. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 8089-8090.
41. Gochin, M.; Khorosheva, V.; Case, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 11018-11028.
42. Kim, Y.; Welch, J. T.; Lindstrom, K. M.; Franklin, S. J. J. Biol. Inorg. Chem. 2001, 6, 173-181.
43. Welch, J. T.; Sirish, M.; Lindstrom, K. M.; Franklin, S. J. Inorg. Chem. 2001, 40, 1982-1984.
44. Kovacic, R. T.; Welch, J. T.; Franklin, S. J. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 6656-6662.
45. Welch, J. T.; Kearney, W. R.; Franklin, S. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 3725-3730.
46. Klassen, J. S.; Anderson, S. G.; Blades, A. T.; Kebarle, P. J. Phys. Chem. 1996, 100, 14218-14227.
47. Wyttenbach, T.; Bushnell, J. E.; Bowers, M. T. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 5098-5103.
48. Cerda, B. A.; Hoyau, S.; Ohanessian, G.; Wesdimiotis, C. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 2437-2448.
49. Hoyau, S.; Ohanessian, G. Chem.-Eur. J. 1998, 4, 1561-1569.
50. Taraszka, J. A.; Li, J.; Clemmer, D. E. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 4545-4551.
51. Kohtani, M.; Kinnear, B. S.; Jarrold, M. F. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 12377-12378.
52. Hu, P.; Gross, M. L. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 8821-8828.
53. Hu, P.; Sorensen, C.; Gross, M. L. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 1995, 6, 1079-1085.
54. Nemirovskiy, O. V.; Gross, M. L. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 1998, 9, 1285-1292.
55. Kohn, W. D.; Kay, C. M.; Hodges, R. S. J. Pept. Res. 1998, 51, 9-18.
56. Kohn, W. D.; Kay, C. M.; Sykes, B. D.; Hodges, R. S. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 1124-1132.
57. Suzuki, K.; Hiroaki, H.; Kohda, D.; Tanaka, T. Protein Eng. 1998, 11, 1051-1055.
58. Suzuki, K.; Hiroaki, H.; Kohda, D.; Nakamura, H.; Tanaka, T. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 13008-13015.
59. Kiyokawa, T.; Kanaori, K.; Tajima, K.; Koike, M.; Mizuno, T.; Oku, J.; Tanaka, T. J. Pept. Res. 2004, 63, 347-353.
60. 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.
61. Li, X. Q.; Suzuki, K.; Kanaori, K.; Tajima, K.; Kashiwada, A.; Hiroaki, H.; Kohda, D.; Tanaka, T. Protein Sci. 2000, 9, 1327-1333.
62. Gibney, B. R.; Dutton, P. L. Protein Sci. 1999, 8, 1888-1898.
63. Mutz, M. W.; Case, M. A.; Wishart, J. F.; Ghadiri, M. R.; McLendon, G. L. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 858-859.
64. Benson, D. E.; Wisz, M. S.; Hellinga, H. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 6292-6297.
65. Akerfeldt, K. S.; Kim, R. M.; Camac, D.; Groves, J. T.; Lear, J. D.; DeGrado, W. F. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 9656-9657.
66. Gibney, B. R.; Mulholland, S. E.; Rabanal, F.; Dutton, P. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 15041-15046.
67. Gibney, B. R.; Rabanal, F.; Skalicky, J. J.; Wand, A. J.; Dutton, P. L. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2323-2324.
68. Gibney, B. R.; Rabanal, F.; Skalicky, J. J.; Wand, A. J.; Dutton, P. L. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 4952-4960.
69. Lombardi, A.; Nastri, F.; Pavone, V. Chem. Rev. 2001, 101, 3165-3189.
70. Kim, R. M.; Fate, G. D.; Gonzales, J. E.; Lahiri, J.; Ungashe, S. B.; Groves, J. T. Self assembly, catalysis and electron transfer with metalloporphyrins in phospholipid membranes; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht, The Netherlands, 1995; Vol. 459.
71. Gibney, B. R.; Dutton, P. L. Adv. Inorg. Chem. 2001, 51, 409-455.
72. Reedy, C. J.; Gibney, B. R. Chem. Rev. 2004, 104, 617-649.
73. 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.
74. Benson, D. R.; Hart, B. R.; Zhu, X.; Doughty, M. B. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 8502-8510.
75. Liu, D. H.; Williamson, D. A.; Kennedy, M. L.; Williams, T. D.; Morton, M. M.; Benson, D. R. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 11798-11812.
76. Kennedy, M. L.; Liu, D. H.; Gibney, B. R.; Dutton, P. L.; Benson, D. R. J. Inorg. Biochem. 1999, 74, 190-190.
77. Cowley, A. B.; Lukat-Rodgers, G. S.; Rodgers, K. R.; Benson, D. R. Biochemistry 2004, 43, 1656-1666.
78. Lee, K. H.; Kennedy, M. L.; Buchalova, M.; Benson, D. R. Tetrahedron 2000, 56, 9725-9731.
79. Lee, K. H.; Benson, D. R.; Kuczera, K. Biochemistry 2000, 39, 13737-13747.
80. Huffman, D. L.; Rosenblatt, M. M.; Suslick, K. S. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 6183.
81. Huffman, D. L.; Suslick, K. S. Inorg. Chem. 2000, 39, 5418-5419.
82. Rosenblatt, M. M.; Huffman, D. L.; Wang, X.; Remmer, H. A.; Suslick, K. S. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 12394-12395.
83. Rosenblatt, M. M.; Wang, J. Y.; Suslick, K. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 100, 13140-13145.
84. Merkle, D. L.; Schmidt, M. H.; Berg, J. M. J. Am. Chem. Soc. 1990, 113, 5450-5451.
85. Krizek, B. A.; Amann, B. T.; Kilfoil, V. J.; Merkle, D. L.; Berg, J. M. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 4518-4523.
86. Michael, S. F.; Kilfoil, V. J.; Schmidt, M. H.; Amann, B. T.; Berg, J. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1992, 89, 4796-4800.
87. Siedlecka, M.; Goch, G.; Ejchart, A.; Stitch, H.; Bierzynski, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 903-908.
88. Veglia, G.; Porcelli, F.; DeSilva, T.; Prantner, A.; Opella, S. J. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2389-2390.
89. Kelso, M. J.; Beyer, R. L.; Hoang, H. N.; Lakdawala, A. S.; Snyder, J. P.; Oliver, W. V.; Robertson, T. A.; Appleton. T. G.; Fairlie, D. P. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4828-4842.
90. Liu, J.; Dai, J.; Lu, M. Biochemistry 2003, 42, 5657-5664.
91. Vandermeulen, G. W. M.; Tziatzios, C.; Schubert, D.; Andres, P. R.; Alexeev, A.; Schubert, U. S.; Klok, H. A. Aust. J. Chem. 2004, 57, 33-39.
92. Ogawa, M. Y.; Kozlov, G. V. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 8377-8378.
93. Federova, A.; Chaudhari, A.; Ogawa, M. Y. J. Am. Chem. Soc. 2002, 125, 357-362.
94. Kornilova, A. Y.; Wishart, J. F.; Xiao, W.; Lasey, R. C.; Federova, A.; Shin, Y.-K.; Ogawa, M. Y. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 7999-8006.
95. Kornilova, A. Y.; Wishart, J. F.; Ogawa, M. Y. Biochemistry 2001, 40, 12186-12192.
96. Choma, C. T.; Lear, J. D.; Nelson, M. J.; Dutton, P. L.; Robertson, D. E.; DeGrado, W. F. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 856-865.
97. Sharp, R. E.; Diers, J. R.; Bocian, D. F.; Dutton, P. L. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 7103-7104.
98. Robertson, D. E.; Farid, R. S.; Moser, C. C.; Urbauer, J. L.; Mulholland, S. E.; Pidikiti, R.; Lear, J. D.; Wand, A. J.; Degrade, W. F.; Dutton, P. L. Nature 1994, 368, 425-432.
99. Gibney, B. R.; Isogai, Y.; Rabanal, F.; Reddy, K. S.; Grosset, A. M.; Moser, C. C.; Dutton, P. L. Biochemistry 2000, 39, 11041-11049.
100. Reedy, C. J.; Kennedy, M. L.; Gibney, B. R. Chem. Commun. 2003, 570-571.
101. Maglio, O.; Nasti, F.; Pavone, V.; Lombardi, A.; DeGrado, W. F. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 3772-3777.
102. Mulholland, S. E.; Gibney, B. R.; Rabanal, F.; Dutton, P. L. Biochemistry 1999, 38, 10442-10448.
103. Orfei, M.; Alcaro, M. C.; Marcon, G.; Chelli, M.; Giananneschi, M.; Kozlowski, H.; Brasun, J.; Messori, L. J. Inorg. Biochem. 2003, 97, 299-307.
104. Schnepf, R.; Horth, P.; Bill, E.; Wieghardt, K.; Hildebrandt, P.; Haehnel, W. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 2186-2195.
105. Procyshyn, R. M.; Reid, R. E. J. Biol. Chem. 1994, 209, 1641-1647.
106. Costanzo, L. D.; Wade, H.; Geremia, S.; Randaccio, L.; Pavone, V.; DeGrado, W. F.; Lombardi, A. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12749-12757.
107. Laplaza, C. E.; Holm, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2001, 125, 10255-10264.
108. Musgrave, K. B.; Laplaza, C. E.; Holm, R. H.; Hedman, B.; Hodgson, K. O. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 3083-3092.
109. Moffet, D. A.; Case, M. A.; House, J. C.; Vogel, K.; Williams, R. D.; Spiro, T. G.; McLendon, G. L.; Hecht, M. H. J. Am. Chem. Soc. 2001, 125, 2109-2115.
110. Moffet, D. A.; Certain, L. K.; Smith, A. J.; Kessel, A. J.; Beckwith, K. A.; Hecht, M. H. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 7612-7613.
111. Krizek, B. A.; Merkle, D. L.; Berg, J. M. Inorg. Chem. 1993, 32, 937-940.
112. Struthers, M. D.; Cheng, R. P.; Imperiali, B. Science 1996, 271, 342-345.
113. Struthers, M. D.; Cheng, R. P.; Imperiali, B. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 3073-3081.
114. Bonomo, R. P.; Casella, L.; Gioia, L. D.; Molinari, H.; Impellizzeri, G.; Jordan, T.; Pappalardo, G.; Rizzarelli, E. J Chem. Soc., Dalton Trans. 1997, 2387-2389.
115. Venkatraman, J.; Naganagowda, G. A.; Sudha, R.; Balaram, P. Chem. Commun. 2001, 2660-2661.
116. Schneider, J. P.; Kelly, J. W. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 2533-2546.
117. Platt, G.; Chung, C.; Searle, M. Chem. Commun. 2001, 1162-1163.
118. 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.
119. Matzapetakis, M.; Fairer, B. T.; Weng, T.-C.; Hemmingsen, L.; Penner-Hahn, J. E.; Pecoraro, V. L. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 8042-8054.
120. Matzapetakis, M.; Pecoraro, V. L. Manuscript in preparation.
121. Farrer, B.; McClure, C.; Penner-Hahn, J. E.; Pecoraro, V. L. Inorg. Chem. 2000, 39, 5422-5423.
122. Farrer, B. T.; Harris, N. P.; Balchus, K. E.; Pecoraro, V. L. Biochemistry 2001, 40, 14696-14705.
123. Wright, J. G.; Natan, M. J.; MacDonnell, F. M.; Ralston, D. M.; O'Halloran, T. V. Prog. Inorg. Chem. 1990, 38, 323-412.
124. Outten, C.; Outten, F. W.; O'Halloran, T. V. J. Biol. Chem. 1999, 274, 37517-37524.
125. Helmann, J. D.; Ballard, B. T.; Walsh, C. T. Science 1990, 247, 946-948.
126. Chen, Y. H.; Yang, J. T.; Chau, K. H. Biochemistry 1974, 13, 3350-3359.
127. Shoemaker, K. R.; Kim, P. S.; York, E. J.; Stewart, J. M.; Baldwin, R. L. Nature 1987, 326, 563-567.
128. Marqusee, S.; Baldwin, R. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1987, 84, 8898-8902.
129. Cooper, T. M.; Woody, R. W. Biopolymers 1990, 30, 657-676.
130. Farrer, B.; Pecoraro, V. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 3760-3765.
131. Utschig, L. M.; Wright, J. G.; O'Halloran, T. V. Biochemical and spectroscopic probes of Hg(II) coordination environments in protein; Academic Press Inc.: San Diego, CA, 1993; Vol. 226.
132. Chan, W. C.; White, P. D. Fmoc Solid Phase Peptide Synthesis: A Practical Approach; Oxford University Press: New York, 2000.
133. Ellman, G. M. Arch. Biochem. Biophys. 1959, 82, 70.