Artificial diiron proteins: From structure to function

Biopolymers - Peptide Science Section

Volumn 80, Issue 2-3, 2005, Pages 264-278

  Calhoun, Jennifer R ^a   Nastri, Flavia ^b   Maglio, Ornella ^b,c   Pavone, Vincenzo ^b   Lombardi, Angela ^b   DeGrado, William F ^a  

^a UNIVERSITY OF PENNSYLVANIA   (United States)

^b UNIVERSITY OF NAPLES FEDERICO II   (Italy)

^c CNR   (Italy)

Author keywords

Computational protein design; De novo protein design; Diiron protein; Metalloprotein; Structure

Indexed keywords

BIOPOLYMERS; CONSTRUCTION; MATHEMATICAL MODELS; MOLECULAR STRUCTURE; POLYPEPTIDES;

ARTIFICIAL DIIRON PROTEINS; METALLOPROTEINS; STRUCTURE DETERMINATION;

PROTEINS;

DIIRON PROTEIN; IRON; METALLOPROTEIN; PROTEIN; UNCLASSIFIED DRUG;

MODEL; PROTEIN FAMILY; PROTEIN FUNCTION; PROTEIN SYNTHESIS; REVIEW; STRUCTURE ANALYSIS;

AMINO ACID SEQUENCE; CATALYTIC DOMAIN; DIMERIZATION; ELECTROSTATICS; IRON; METALLOPROTEINS; MODELS, MOLECULAR; MOLECULAR SEQUENCE DATA; PROTEIN CONFORMATION; PROTEIN STRUCTURE, QUATERNARY; THERMODYNAMICS;

EID: 20444406122     PISSN: 00063525     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/bip.20230     Document Type: Review

References (94)

1. Frolow, F.; Kalb (Gilboa), A. J.; Yariv, J. Nature Struct Biol 1994, 1, 453-460.
2. Thiel, E. C. Ferritin and Iron Biomineralization; Elsevier Science: New York, 1995.
3. Carrondo, M. A. EMBO J 2003, 22, 1959-1968.
4. Rosenzweig, A. C.; Frederick, C. A.; Lippard, S. J.; Nordlund, P. Nature 1993, 366, 537-543.
5. Lipscomb, J. D. Annu Rev Microbiol 1994, 48, 371-399.
6. Kopp, D. A.; Lippard, S. J. Curr Opin Chem Biol 2002, 6, 568-576.
7. Baik, M. H.; Newcomb, M.; Friesner, R. A.; Lippard, S. J. Chem Rev 2003, 103, 2385-2419.
8. Whited, G. M.; Gibson, D. T. J Bacteriol 1991, 173, 3010-3016.
9. Pikus, J. D.; Studts, J. M.; Achim, C.; Kauffmann, K. E.; Münck, E.; Steffan, R. J.; McClay, K.; Fox, B. G. Biochemistry 1996, 35, 9106-9119.
10. Sazinsky, M. H.; Bard, J.; Di Donato, A.; Lippard, S. J. J Biol Chem 2004, 279, 30600-30610.
11. Barynin, V. V.; Whittaker, M. M.; Antonyuk, S. V.; Lamzin, V. S.; Harrison, P. M.; Artymiuk, P. J.; Whittaker, J. W. Structure (Camb) 2001, 9, 725-738.
12. Wu, A. J.; Penner-Hahn, J. E.; Pecoraro, V. L. Chem Rev 2004, 104, 903-938.
13. Lindqvist, Y.; Huang, W.; Schneider, G.; Shanklin, J. EMBO J 1996, 15, 4081-4092.
14. Fox, B. G.; Lyle, K. S.; Rogge, C. E. Acc Chem Res 2004, 37, 421-429.
15. Nordlund, P.; Eklund, H. J Mol Biol 1993, 232, 123-164.
16. Stubbe, J. Curr Opin Chem Biol 2003, 7, 183-188.
17. Kolberg, M.; Strand, K. R.; Graff, P.; Andersson, K. K. Biochim Biophys Acta 2004, 1699, 1-34.
18. Ormo, M.; deMare, F.; Regnstrom, K.; Aberg, A.; Sahlin, M.; Ling, J.; Loehr, T. M.; Sanders-Loehr, J.; Sjoberg, B. M. J Biol Chem 1992, 267, 8711-8714.
19. Sahlin, M.; Lassmann, G.; Potsch, S.; Slaby, A.; Sjoberg, B. M.; Graslund, A. J Biol Chem 1994, 269, 11699-11702.
20. Feig, A. L.; Lippard, S. J. Chem Rev 1994, 94, 759-805.
21. Persson, B. O.; Karlsson, M.; Climent, I.; Ling, J.; Loehr, J. S.; Sahlin, M.; Sjoberg, B. M. J Bioinorg Chem 1996, 1, 247-256.
22. deMare, F.; Nordlund, P.; Gupta, N.; Shenvi, N. V.; Cui, X.; Kurtz, D. M. Inorg Chim Acta 1997, 263, 255-262.
23. Logan, D. T.; deMare, F.; Persson, B. O.; Slaby, A.; Sjoberg, B. M.; Nordlund, P. Biochemistry 1998, 37, 10798-10807.
24. Voegtli, W. C.; Khidekel, N.; Baldwin, J.; Ley, B. A.; Bollinger, J. M., Jr.; Rosenzweig, A. C. J Am Chem Soc 2000, 122, 3255-3261.
25. Baldwin, J.; Voegtli, W. C.; Khidekel, N.; Moenne-Loccoz, P.; Krebs, C.; Pereira, A. S.; Ley, B. A.; Huynh, B. H.; Loehr, T. M.; Riggs-Gelasco, P. J.; Rosenzweig, A. C.; Bollinger, J. M., Jr. J Am Chem Soc 2001, 123, 7017-7030.
26. Lange, S. J.; Que, L., Jr. Curr Opin Chem Biol 1998, 2, 159-172.
27. Du Bois, J.; Mizoguchi, T. J.; Lippard, S. J. Coord Chem Rev 2000, 200-202, 443-485.
28. Westerheide, L.; Pascaly, M.; Krebs, B. Curr Opin Chem Biol 2000, 4, 235-241.
29. Assarsson, M.; Anderson, M. E.; Hogbom, M.; Persson, B. O.; Sahlin, M.; Barra, A.-L.; Sjoberg, B.-M.; Nordlund, P.; Graslund, A. J Biol Chem 2001, 276, 26852-26859.
30. Stillman, T. J.; Connolly, P. P.; Latimer, C. L.; Morland, A. F.; Quail, M. A.; Andrews, S. C.; Treffry, A.; Guest, J. R.; Artymiuk, P. J.; Harrison, P. M. J Biol Chem 2003, 278, 26275-26286.
31. Andersson, M. E.; Hogbom, M.; Rinaldo-Matthis, A.; Blodig, W.; Liang, Y.; Persson, B. O.; Sjoberg, B. M.; Su, X. D.; Nordlund, P. Biochemistry 2004, 43, 7966-7972.
32. Tshuva, E.; Lippard S. J. Chem Rev 2004, 104, 987-1012.
33. Rohde, J. U.; In, J. H.; Lim, M. H.; Brennessel, W. W.; Bukowski, M. R.; Stubna, A.; Munck, E.; Nam, W.; Que, L., Jr. Science 2003, 299, 1037-1039.
34. He, C.; Mishina, Y. Curr Opin Chem Biol 2004, 8, 201-208.
35. Voigt, C. A.; Gordon, D. B.; Mayo, S. L. J Mol Biol 2000, 299, 789-803.
36. Shah, P. S.; Horn, G. K.; Mayo, S. L. J Comput Chem 2004, 25, 1797-1800.
37. Kraemer-Pecore, C. M.; Wollacott, A. M.; Desjarlais, J. R. Curr Opin Chem Biol 2001, 5, 690-695.
38. Kuhlman, B.; Baker, D. Curr Opin Struct Biol 2004, 14, 89-95.
39. Park, S.; Yang, X.; Saven, J. G. Curr Opin Struct Biol 2004, 14, 487-494.
40. Dwyer, M. A.; Looger, L. L.; Hellinga, H. W. Science 2004, 304, 1967-1971.
41. Robertson, D. E.; Farid, 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, 425-432.
42. Choma, C. T.; Lear, J. D.; Nelson, M. J.; Button, P. L.; Robertson, D. E.; DeGrado, W. F. J Amer Chem Soc 1994, 116, 856-865.
43. Lombardi, A.; Summa, C.; DeGrado, W. F. Proc Natl Acad Sci 2000, 97, 6298-6305.
44. Gernert, K. M.; Surles, M. C.; Labean, T. H.; Richardson, J. S.; Richardson, D. C. Protein Sci 1995, 4, 2252-2260.
45. deMare, F.; Kurtz, D. M., Jr.; Nordlund, P. Nat Struct Biol 1996, 3, 539-546.
46. Summa, C. M.; Lombardi, A.; Lewis, M.; DeGrado, W. F. Curr Opin Struct Biol 1999, 9, 500-508.
47. Eklund, H.; Uhlin, U.; Farnegardh, M.; Logan, D. T.; Nordlund, P. Prog Biophys Mol Biol 2001, 77, 177-268.
48. Pasternak, A.; Kaplan, J.; Lear, J. D.; Degrade, W. F. Protein Sci 2001, 10, 958-969.
49. Summa, C. M.; Rosenblatt, M. M.; Hong, J. K.; Lear, J. D.; DeGrado, W. F. J Mol Biol 2002, 321, 923-938.
50. Marsh, E. N.; DeGrado, W. F. Proc Natl Acad Sci USA 2002, 99, 5150-5154.
51. Kaplan, J.; DeGrado, W. F. Proc Natl Acad Sci USA 2004, 101, 11566-11570.
52. Calhoun, J. R.; Kono, H.; Lahr, S.; Wang, W.; DeGrado, W. F.; Saven, J. G. J Mol Biol 2003, 334, 1101-1115.
53. Desjarlais, J. R.; Handel, T. M. Protein Sci 1995, 4, 2006-2018.
54. Betz, S. F.; DeGrado, W. F. Biochemistry 1996, 35, 6955-6962.
55. Betz, S. F.; Liebman, P. A.; DeGrado, W. F. Biochemistry 1997, 36, 2450-2458.
56. Rosenzweig, A. C.; Brandstetter, H.; Whittington, D. A.; Nordlund, P.; Lippard, S. J.; Frederick, C. A. Proteins 1997, 29, 141-152.
57. Efimov, A. V. Protein Eng 1991, 4, 245-250.
58. Le Brun, N. E.; Keech, A. M.; Mauk, M. R.; Mauk, A. G.; Andrews, S. C.; Thomson, A. J.; Moore, G. R. FEBS Lett 1996, 397, 159-163.
59. Maglio, O.; Nastri, F.; Pavone, V.; Lombardi, A.; DeGrado, W. F. Proc Natl Acad Sci USA 2003, 100, 3772-3777.
60. Atta, M.; Nordhmd, P.; Aberg, A.; Eklund, H.; Fontecave, M. J Biol Chem 1992, 267, 20682-20688.
61. Sieker, L. C.; Holmes, M.; Le Trong, I.; Turley, S.; Liu, M. Y.; LeGall, J.; Stenkamp, R. E. J Biol Inorg Chem 2000, 5, 505-513.
62. Di Costanzo, L.; Wade, H.; Geremia, S.; Randaccio, L.; Pavone, V.; DeGrado, W. F.; Lombardi, A. J Am Chem Soc 2001, 123, 12749-12757.
63. Lahr, S. J.; Engel D. E.; Stayrook, S. E.; Maglio, O.; North, B.; Geremia, S.; Lombardi, A.; DeGrado, W. F., submitted.
64. Saven, J. G. Curr Opin Struct Biol 2002, 12, 453-458.
65. Aberg, A.; Nordlund, P.; Ecklund, H. Nature 1993, 361, 276-278.
66. Ananyev, G. M.; Zaltsman, L.; Vasko, C.; Dismukes, G. C. Biochim Biophys Acta 2001, 1503, 52-68.
67. Yocum, C. F.; Pecoraro, V. L. Curr Opin Chem Biol 1999, 3, 182-187.
68. Antonyuk, S. V.; Melik-Adamyan, V. R.; Popov, A. N.; Lamzin, V. S.; Hempstead, P. D.; Harrison, P. M.; Artymyuk, P. J.; Barynin, V. V. Cryst Reports 2000, 45, 105-116.
69. Papoian, G. A.; DeGrado, W. F.; Klein, M. L. J Am Chem Soc 2003, 125, 560-569.
70. Magistrato, A.; DeGrado, W. F.; Laio, A.; Rothlisberger, U.; VandeVondele, J.; Klein, M. L. J Phys Chem B 2003, 107, 4182-4188.
71. Whittington, D. A.; Lippard, S. J. J Am Chem Soc 2001, 123, 827-838.
72. Rosenzweig, A. C.; Nordlund, P.; Takahara, P. M.; Frederick, C. A.; Lippard, S. J. Chem Biol 1995, 2, 409-418.
73. Logan, D. T.; Su, X. D.; Aberg, A.; Regnstrom, K.; Hajdu, J.; Eklund, H,; Nordlund, P. Structure 1996, 4, 1053-1064.
74. Rardin, R. L.; Tolman, W. B.; Lippard, S. J. New J Chem 1991, 15, 417-430.
75. Wallar, B. J.; Lipscomb, J. D. Chem Rev 1996, 96, 2625-2657.
76. Andersson, M. E.; Högbom, M.; Rinaldo-Matthis, A.; Andersson, K. K.; Sjöberg, B.-M.; Nordlund, P. J Am Chem Soc 1999, 121, 2346-2352.
77. DeGrado, W. F.; Di Costanzo, L.; Geremia, S.; Lombardi, A.; Pavone, V.; Randaccio, L. Angew Chem Int Ed Engl 2003, 42, 417-420.
78. Law, N.; Caudle, M. T.; Pecoraro, V. L. Adv Inorg Chem 1999, 46, 305-439.
79. Sjorberg, B.-M.; Loehr, T. M.; Sanders-Loehr, J. Biochemistry 1982, 21, 96-102.
80. Reem, R. C.; McCormick, J. M.; Richardson, D. E.; Devlin, F. J.; Stephens, P. J.; Musselman, R. L.; Solomon, E. I. J Am Chem Soc 1989, 111, 4688-4704.
81. Vincent, J. B.; Olivier-Lilley, G. C.; Averill, B. A. Chem Rev 1990, 90, 1447-1467.
82. Fox, B. G.; Shanklin, J.; Ai, J.; Loehr, T. M.; Sanders-Loehr, J. Biochemistry 1994, 33, 12776-12786.
83. Broadwater, J. A.; Ai, J.; Loehr, T. M.; Sanders-Loehr, J.; Fox, B. G. Biochemistry 1998, 37, 14664-14671.
84. Moenne-Loccoz, P.; Baldwin, J.; Ley, B. A.; Loehr, T. M.; Bollinger, J. M., Jr. Biochemistry 1998, 37, 14659-14663.
85. Pereira, A. S.; Small, W.; Krebs, C.; Tavares, P.; Edmondson, D. E.; Theil, E. C.; Huynh, B. H. Biochemistry 1998, 37, 9871-9876.
86. Merkx, M.; Kopp, D. A.; Sazinsky, M. H.; Blazyk, J. L.; Müller, J.; Lippard, S. J. Angew Chem Int Ed 2001, 40, 2782-2807.
87. Stubbe, J.; Nocera, D. G.; Yee, C. S.; Chang, M. C. Chem Rev 2003, 103, 2167-2201.
88. Corbett, J. F. J Chem Soc (B) 1969, 823-826.
89. Xu, J.; Baase, W. A.; Baldwin, E.; Matthews, B. W. Protein Sci 1998, 7, 158-177.
90. Pace, C. N. J Mol Biol 1992, 226, 29-35.
91. 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.
92. Myers, J. K.; Pace, C. N.; Scholtz, J. M. Biochemistry 1997, 36, 10923-10929.
93. Kraulis, P. J. J Appl Cryst 1991, 24, 946-950.
94. Esnouf, R. M. Acta Cryst 1999, D55, 938-940.