Spectroscopic approaches to elucidating novel iron-sulfur chemistry in the "radical-SAM" protein superfamily

Inorganic Chemistry

Volumn 44, Issue 4, 2005, Pages 727-741

  Walsby, Charles J ^a,b   Ortillo, Danilo ^c   Yang, Jian ^c   Nnyepi, Mbako R ^c   Broderick, William E ^c   Hoffman, Brian M ^b   Broderick, Joan B ^c  

^a MICHIGAN STATE UNIVERSITY   (United States)

^b SIMON FRASER UNIVERSITY   (Canada)

^c NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ENZYME; FORMATE ACETYLTRANSFERASE ACTIVATING ENZYME; HYDROGEN; IRON; METHIONINE; ORGANOMETALLIC COMPOUND; RADICAL; S ADENOSYLMETHIONINE; SULFUR; UNCLASSIFIED DRUG;

CATALYSIS; CHEMICAL REACTION; ELECTRON NUCLEAR DOUBLE RESONANCE; ELECTRON SPIN RESONANCE; MOSSBAUER SPECTROSCOPY; PROTEIN FAMILY; REVIEW; SPECTROSCOPY; STRUCTURE ANALYSIS;

BINDING SITES; CATALYSIS; DEOXYADENOSINES; ELECTRON SPIN RESONANCE SPECTROSCOPY; ENZYME ACTIVATION; ENZYMES; FREE RADICALS; IRON-SULFUR PROTEINS; MODELS, CHEMICAL; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE, BIOMOLECULAR; ORGANOMETALLIC COMPOUNDS; SPECTROSCOPY, MOSSBAUER;

EID: 13844275460     PISSN: 00201669     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ic0484811     Document Type: Review

References (99)

1. Beinert, H.; Holm, R. H.; Münck, E. Science 1997, 277, 653-659.
2. Beinert, H. J. Biol. Inorg. Chem. 2000, 5, 2-15.
3. Beinert, H.; Kennedy, M. C.; Stout, C. D. Chem. Rev. 1996, 96, 2335-2373.
4. Broderick, J. B. In Comprehensive Coordination Chemistry II; McCleverty, J. A., Meyer, T. J., Eds.; Elsevier Ltd.: Oxford, U.K., 2004; Vol. 8, pp 739-757.
5. Flint, D. H.; Allen, R. M. Chem. Rev. 1996, 96, 2315-2334.
6. Holland, P. L. In Comprehensive Coordination Chemistry II; McCleverty, J. A., Meyer, T. J., Eds.; Elsevier Ltd.: Oxford, U.K., 2004; Vol. 8, pp 569-599.
7. Igarashi, R. Y.; Seefeldt, L. C. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2003, 38, 351-384.
8. Einsle, O.; Tezcan, F. A.; Andrade, S. L. A.; Schmid, B.; Yoshida, M.; Howard, J. B.; Rees, D. C. Science 2002, 297, 1696-1700.
9. Drennan, C. L.; Peters, J. W. Curr. Opin. Struct. Biol. 2003, 13, 220-226.
10. Drennan, C. L.; Doukov, T. I.; Ragsdale, S. W. J. Biol. Inorg. Chem. 2004, 9, 511-515.
11. Drennan, C. L.; Heo, J.; Sintchak, M. D.; Schreiter, E.; Ludden, P. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 11973-11978.
12. Dobbek, H.; Svetlitchnyi, V.; Gremer, L.; Huber, R.; Meyer, O. Science 2001, 293, 1281-1285.
13. Doukov, T. I.; Iverson, T. M.; Seravalli, J.; Ragsdale, S. W.; Drennan, C. L. Science 2002, 298, 567-572.
14. Darnault, C.; Volbeda, A.; Kim, E. J.; Legrand, P.; Vernede, X.; Lindahl, P. A.; Fontecilla-Camps, J. C. Nat. Struct. Biol. 2003, 10, 271-279.
15. Cheek, J.; Broderick, J. B. J. Biol. Inorg. Chem. 2001, 6, 209-226.
16. Fontecave, M.; Mulliez, E.; Ollagnier-de-Choudens, S. Curr. Opin. Chem. Biol. 2001, 5, 506-511.
17. Broderick, J. B. In Comprehensive Coordination Chemistry II: From Biology to Nanotechnology; McCleverty, J., Meyer, T. J., Que, L., Tolman, W. B., Eds.; Elsevier: Oxford, U.K., 2003; Vol. 8, pp 739-757.
18. Jarrett, J. T. Curr. Opin. Chem. Biol. 2003, 7, 174-182.
19. Frey, P. A.; Magnusson, O. T. Chem. Rev. 2003, 103, 2129-2148.
20. Sofia, H. J.; Chen, G.; Hetzler, B. G.; Reyes-Spindola, J. F.; Miller, N. E. Nucleic Acids Res. 2001, 29, 1097-1106.
21. Markham, G. D. In Nature Encyclopedia of Life Sciences; Nature Publishing Group: London, 2002.
22. Fontecave, M.; Atta, M.; Mulliez, E. Trends Biochem. Sci. 2004, 29, 243-249.
23. Knappe, J.; Neugebauer, F. A.; Blaschkowski, H. P.; Gänzler, M. Proc. Natl. Acad. Sci U.S.A. 1984, 81, 1332-1335.
24. Moss, M.; Frey, P. A. J. Biol. Chem. 1987, 262, 14859-14862.
25. Banerjee, R., Ed. Chemistry and Biochemistry of B12; Wiley-Interscience: New York, 1999.
26. Banerjee, R. Biochemistry 2001, 40, 6191-6198.
27. Chirpich, T. P.; Zappia, V.; Costilow, R. N.; Barker, H. A. J. Biol. Chem. 1970, 245, 1778-1789.
28. Song, K. B.; Frey, P. A. J. Biol. Chem. 1991, 266, 7651-7655.
29. Petrovich, R. M.; Ruzicka, F. J.; Reed, G. H.; Frey, P. A. J. Biol. Chem. 1991, 266, 7656-7660.
30. Conradt, H.; Hohmann-Berger, M.; Hohmann, H.-P.; Blaschkowski, H. P.; Knappe, J. Arch. Biochem. Biophys. 1984, 228, 133-142.
31. Frey, P. A. FASEB J. 1993, 7, 662-670.
32. Wagner, A. F. V.; Frey, M.; Neugebauer, F. A.; Schäfer, W.; Knappe, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1992, 89, 996-1000.
33. Mulliez, E.; Fontecave, M.; Gaillard, J.; Reichard, P. J. Biol. Chem. 1993, 268, 2296-2299.
34. Krieger, C. J.; Roseboom, W.; Albracht, S. P. J.; Spormann, A. M. J. Biol. Chem. 2001, 276, 12924-12927.
35. Broderick, J. B.; Duderstadt, R. E.; Fernandez, D. C.; Wojtuszewski, K.; Henshaw, T. F.; Johnson, M. K. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 7396-7397.
36. Külzer, R.; Pils, T.; Kappl, R.; Hüttermann, J.; Knappe, J. J. Biol. Chem. 1998, 273, 4897-4903.
37. Broderick, J. B.; Henshaw, T. F.; Cheek, J.; Wojtuszewski, K.; Trojan, M. R.; McGhan, R.; Smith, S. R.; Kopf, A.; Kibbey, M.; Broderick, W. E. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2000, 269, 451-456.
38. Krebs, C.; Henshaw, T. F.; Cheek, J.; Huynh, B.-H.; Broderick, J. B. J. Am. Chem. Soc. 2000. 122, 12497-12506.
39. Petrovich, R. M.; Ruzicka, F. J.; Reed, G. H.; Frey, P. A. Biochemistry 1992, 31, 10774-10781.
40. Lieder, K.; Booker, S.; Ruzicka, F. J.; Beinert, H.; Reed, G. H.; Frey, P. A. Biochemistry 1998, 37, 2578-2585.
41. Liu, A.; Gräslund, A. J. Biol. Chem. 2000, 275, 12367-12373.
42. Ollagnier, S.; Meier, C.; Mulliez, E.; Gaillard, J.; Schuenemann, V.; Trautwein, A.; Mattioli, T.; Lutz, M.; Fontecave, M. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 6344-6350.
43. Tamarit, J.; Mulliez, E.; Meier, C.; Trautwein, A.; Fontecave, M. J. Biol. Chem. 1999, 274, 31291-31296.
44. Ollagnier, S.; Mulliez, E.; Schmidt, P. P.; Eliasson, R.; Gaillard, J.; Deronzier, C.; Bergman, T.; Gräslund, A.; Reichard, P.; Fontecave, M. J. Biol. Chem. 1997, 272, 24216-24223.
45. Ollagnier, S.; Mulliez, E.; Gaillard, J.; Eliasson, R.; Fontecave, M.; Reichard, P. J. Biol. Chem. 1996, 271, 9410-9416.
46. Henshaw, T. F.; Cheek, J.; Broderick, J. B. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 8331-8332.
47. Hoffman, B. M. Acc. Chem. Res. 2003, 36, 522-529.
48. Walsby, C. J.; Hong, W.; Broderick, W. E.; Cheek, J.; Ortillo, D.; Broderick, J. B.; Hoffman, B. M. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 3143-3151.
49. Walsby, C. J.; Ortillo, D.; Broderick, W. E.; Broderick, J. B.; Hoffman, B. M. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 11270-11271.
50. Layer, G.; Moser, J.; Heinz, D. W.; Jahn, D.; Schubert, W.-D. EMBO J. 2003, 22, 6214-6224.
51. Berkovitch, F.; Nicolet, Y.; Wan, J. T.; Jarrett, J. T.; Drennan, C. L. Science 2004, 303, 76-79.
52. Hänzelmann, P.; Schindelin, H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 12870-12875.
53. Unkrig, V.; Neugebauer, F. A.; Knappe, J. Eur. J. Biochem. 1989, 184, 723-728.
54. Knappe, J.; Elbert, S.; Frey, M.; Wagner, A. F. V. Biochem. Soc. Trans. 1993, 27, 731-734.
55. Sustmann, R.; Korth, H. G. Adv. Phys. Org. Chem. 1990, 26.
56. Wong, K. K.; Kozarich, J. W. In Metalloenzymes Involving Amino Acid-Residue and Related Radicals; Sigel, H., Sigel, A., Eds.; Marcel Dekker: New York, 1994; Vol. 30, pp 361-404.
57. Brocks, J. J.; Welle, F. M.; Beckhous, H.-D.; Rüchardt, C. Tetrahedron Lett. 1997, 38, 7721-7724.
58. Himo, F. Chem. Phys. Lett. 2000, 328, 270-276.
59. Becker, A.; Fritz-Wolf, K.; Kabsch, W.; Knappe, J.; Schultz, S.; Wagner, A. F. V. Nature 1999, 6, 969-975.
60. Knappe, J.; Schacht, J.; Mockel, W.; Hopner, T.; Vetter, H. J.; Edenharder, R. Eur. J. Biochem. 1969, 11, 316-327.
61. Knappe, J.; Blaschkowski, H. P. Methods Enzymol. 1975, 41.
62. Knappe, J.; Schmitt, T. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1976, 71, 1110-1117.
63. Frey, M.; Rothe, M.; Wagner, A. F. V.; Knappe, J. J. Biol. Chem. 1994, 269, 12432-12437.
64. Wong, K. K.; Murray, B. W.; Lewisch, S. A.; Baxter, M. K.; Ridky, T. W.; Ulissi-DeMario, L.; Kozarich, J. W. Biochemistry 1993, 32, 14102-14110.
65. Kent, T. A.; Dreyer, J. L.; Kennedy, M. C.; Huynh, B. H.; Emptage, M. H.; Beinert, H.; Münck, E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1982, 79, 1096-1100.
66. Kennedy, M. C.; Emptage, M. H.; Dreyer, J.-L.; Beinert, H. J. Biol. Chem. 1983, 258, 11098-11105.
67. Kennedy, M. C.; Kent, T. A.; Emptage, M.; Merkle, H.; Beinert, H.; Münck, E. J. Biol. Chem. 1984, 259, 14463-14471.
68. Brush, E. J.; Lipsett, K. A.; Kozarich, J. W. Biochemistry 1988, 27, 2217-2222.
69. Grimshaw, J. In Chemistry of the Sulphonium Group; Stirling, C. J. M., Ed.; Wiley: Chichester, U.K., 1981; pp 141-155.
70. Duin, E. C.; Lafferty, M. E.; Grouse, B. R.; Allen, R. M.; Sanyal, I.; Flint, D. H.; Johnson, M. K. Biochemistry 1997, 36, 11811-11820.
71. Tse Sum Bui, B.; Florentin, D.; Marquet, A.; Benda, R.; Trautwein, A. X. FEBS Lett. 1999, 459, 411-414.
72. Ugulava, N. B.; Gibney, B. R.; Jarrett, J. T. Biochemistry 2001, 40, 8343-8351.
73. Ugulava, N. B.; Sacanell, C. J.; Jarrett, J. T. Biochemistry 2001, 40, 8352-8358.
74. Ugulava, N. B.; Surerus, K. K.; Jarrett, J. T. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 9050-9051.
75. Tse Sum Bui, B.; Benda, R.; Schünemann, V.; Florentin, D.; Trautwein, A. X.; Marquet, A. Biochemistry 2003, 42, 8791-8798.
76. Busby, R. W.; Schelvis, J. P. M.; Yu, D. S.; Babcock, G. T.; Marletta, M. A. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 4706-4707.
77. Ollagnier-de Choudens, S.; Fontecave, M. FEBS Lett. 1999, 453, 25-28.
78. Cicchillo, R. M.; Lee, K.-H.; Baleanu-Gogonea, C.; Nesbitt, N. M.; Krebs, C.; Booker, S. J. Biochemistry 2004, 43, 11770-11781.
79. Tamarit, J.; Gerez, C.; Meier, C.; Mulliez, E.; Trautwein, A.; Fontecave, M. J. Biol. Chem. 2000, 275, 15669-15675.
80. Krebs, C.; Broderick, W. E.; Henshaw, T. F.; Broderick, J. B.; Huynh, B. H. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 912-913.
81. Kennedy, M. C.; Werst, M.; Telser, J.; Emptage, M. H.; Beinert, H.; Hoffman, B. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1987, 84, 8854-8858.
82. Werst, M. M.; Kennedy, M. C.; Beinert, H.; Hoffman, B. M. Biochemistry 1990, 29, 10526-10532.
83. Gurbiel, R. J.; Doan, P. E.; Gassner, G. T.; Macke, T. J.; Case, D. A.; Ohnishi, T.; Fee, J. A.; Ballou, D. P.; Hoffman, B. M. Biochemistry 1996, 35, 7834-3845.
84. Rocklin, A. M.; Tierney, D. L.; Kofman, V.; Brunhuber, N. M. W.; Hoffman, B. M.; Christoffersen, R. E.; Reich, N. O.; Lipscomb, J. D.; Que, L., Jr. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 7905-7909.
85. Doan, P. E., 2003.
86. Hoffman, B. M.; DeRose, V. J.; Doan, P. E.; Gurbiel, R. J.; Houseman, A. L. P.; Telser, J. In Biological Magnetic Resonance; Berliner, L. J., Reuben, J., Eds.; Plenum Press: New York, 1993; Vol. 13, pp 151-218.
87. Symons, M. C. R.; Petersen, R. L. Proc. R. Soc. London B 1978, 201, 285-300.
88. Davydov, R. M. Biofizika 1980, 25, 203-207.
89. Kappl, R.; Höhn-Berlage, M.; Hüttermann, J.; Bartlett, N.; Symons, M. C. R. Biochim. Biophys. Acta 1985, 827, 327-343.
90. Leibl, W.; Nitschke, W.; Hintermann, J. Biochim. Biophys. Acta 1986, 870, 20-30.
91. Davydov, R.; Kappl, R.; Hutterman, R.; Peterson, J. FEBS Lett. 1991, 295, 113-115.
92. Davydov, R.; Kuprin, S.; Graslund, A.; Ehrenberg, A. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 11120-11128.
93. Davydov, R.; Valentine, A. M.; Komar-Panicucci, S.; Hoffman, B. M.; Lippard, S. J. Biochemistry 1999, 38, 4188-4197.
94. Daley, C. J. A.; Holm, R. H. Inorg. Chem. 2001, 40, 2785-2793.
95. Daley, C. J. A.; Holm, R. H. J. Inorg. Biochem. 2003, 97, 287-298.
96. Aasa, R.; Vänngård, T. J. Magn. Reson. 1975, 19, 308-315.
97. Davoust, C. E.; Doan, P. E.; Hoffman, B. M. J. Magn. Reson. 1996, 119, 38-44.
98. Mims, W. B. Proc. R. Soc. London 1965, 283, 452-457.
99. Mims, W. B. In Electron Paramagnetic Resonance; Geschwind, S., Ed.; Plenum Press: New York, 1972.