Determination of membrane protein structure and dynamics by magic-angle-spinning solid-state NMR spectroscopy

Journal of the American Chemical Society

Volumn 127, Issue 37, 2005, Pages 12965-12974

  Andronesi, Ovidiu C ^a   Becker, Stefan ^a   Seidel, Karsten ^a   Heise, Henrike ^a   Young, Howard S ^b   Baldus, Marc ^a  

^a MAX PLANCK INSTITUTE FOR BIOPHYSICAL CHEMISTRY   (Germany)

^b UNIVERSITY OF ALBERTA   (Canada)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

MOLECULAR STRUCTURE; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY; POLYPEPTIDES;

BOND CORRELATION SVHEMES; MEMBRANE PROTEIN STRUCTURE; PROTEIN SEGMENTS; SOLID-STATE NMR SPECTROSCOPY;

PROTEINS;

MEMBRANE PROTEIN; PHOSPHOLAMBAN; POLYPEPTIDE;

ALPHA HELIX; CONFERENCE PAPER; LIPID BILAYER; MAGIC ANGLE SPINNING SOLID STATE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY; MOLECULAR DYNAMICS; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY; PROTEIN STRUCTURE; SOLID STATE; STRUCTURE ANALYSIS;

CALCIUM-BINDING PROTEINS; CARBON ISOTOPES; NITROGEN ISOTOPES; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE, BIOMOLECULAR; PROTEIN STRUCTURE, SECONDARY; SENSITIVITY AND SPECIFICITY; SPIN LABELS; THERMODYNAMICS;

EID: 25144453329     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja0530164     Document Type: Conference Paper

References (102)

1. Palmer, A. G.; Williams, J.; McDermott, A. J. Phys. Chem. 1996, 100, 13293-13310.
2. Dyson, H. J.; Wright, P. E. Chem. Rev. 2004, 104, 3607-3622.
3. Dunker, A. K.; Brown, C. J.; Lawson, J. D.; Iakoucheva, L. M.; Obradovic, Z. Biochemistry 2002, 41, 6573-6582.
4. Dyson, H. J.; Wright, P. E. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2005, 6, 197-208.
5. Andrew, E. R.; Bradbury, A.; Eades, R. G. Nature 1958, 182, 1659.
6. Oldfield, E.; Bowers, J. L.; Forbes, J. Biochemistry 1987, 26, 6919-6923.
7. Bouchard, M.; Davis, J. H.; Auger, M. Biophys. J. 1995, 69, 1933-1938.
8. Pampel, A.; Strandberg, E.; Lindblom, G.; Volke, F. Chem. Phys, Lett. 1998, 287, 468-474.
9. Huster, D.; Kuhn, K.; Kadereit, D.; Waldmann, H.; Arnold, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2001, 40, 1056-1057.
10. Soubias, O.; Reat, V.; Saurel, O.; Milon, A. J. Magn. Reson. 2002, 158, 143-148.
11. Zhang, W. Y.; Crocker, E.; McLaughlin, S.; Smith, S. O. J. Biol. Chem. 2003, 278, 21459-21466.
12. Davis, J. H.; Auger, M. Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 1999, 35, 1-84.
13. Cross, T. A.; Opella, S. J. Curr. Opin. Struct. Biol. 1994, 4, 574-581.
14. Griffiths, J. M.; Griffin, R. G. Anal. Chim, Acta 1993, 283, 1081-1101.
15. Smith, S. O.; Aschheim, K.; Groesbeek, M. Q. Rev. Biophys. 1996, 29, 395-449.
16. Opella, S. J.; Marassi, F. M. Chem. Rev. 2004, 104, 3587-3606.
17. Mehring, M. Principles of High-Resolution NMR in solids. 2nd ed.; Springer: Berlin, 1983.
18. Peng, J. W.; Wagner, G. Methods Enzymol. 1994, 239, 563-596.
19. Huster, D. Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 2005, 46, 79-107.
20. Keniry, M. A.; Gutowsky, H. S.; Oldfield, E. Nature 1984, 307, 383-386.
21. Lewis, B. A.; Harbison, G. S.; Herzfeld, J.; Griffin, R. G. Biochemistry 1985, 24, 4671-4679.
22. Bowers, J. L.; Oldfield, E. Biochemistry 1988, 27, 5156-5161.
23. Tuzi, S.; Naito, A.; Saito, H. Biochemistry 1994, 33, 15046-15052.
24. Engelhard, M.; Finkler, S.; Metz, G.; Siebert, F. Eur. J. Biochem. 1996, 235, 526-533.
25. Creuzet, F.; McDermott, A.; Gebhard, R.; Vanderhoef, K.; Spijkerassink, M. B.; Herzfeld, J.; Lugtenbura, J.; Levitt, M. H.; Griffin, R. G. Science 1991, 251, 783-786.
26. Mason, A. J.; Turner, G. J.; Glaubitz, C. FEBS J. 2005, 272, 2152-2164.
27. Brown, L. R.; Braun, W.; Kumar, A.; Wuthrich, K. Biophys, J. 1982, 37, 319-328.
28. Villalain, J. Eur. J. Biochem. 1996, 241, 586-593.
29. Tuzi, S.; Hasegawa, J.; Kawaminami, R.; Naito, A.; Saito, H. Biophys. J. 2001, 81, 425-434.
30. Tian, C. L.; Gao, P. F.; Pinto, L. H.; Lamb, R. A.; Cross, T. A. Protein Sci. 2003, 12, 2597-2605.
31. Gross, J. D.; Warschawski, D. E.; Griffin, R. G. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 796-802.
32. Huster, D.; Yao, X. L.; Hong, M. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 874-883.
33. Kumashiro, K. K.; Schmidt-Rohr, K.; Murphy, O. J.; Ouellette, K. L.; Cramer, W. A.; Thompson, L. K. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 5043-5051.
34. Torchia, D. A. Annu. Rev. Biophys. Bioeng. 1984, 13, 125-144.
35. Griffin, R. G. Nat. Struct. Biol. 1998, 5, 508-512.
36. Egorova-Zachernyuk, T. A.; Hollander, J.; Fraser, N.; Gast, P.; Hoff, A. J.; Cogdell, R.; de Groot, H. J. M.; Baldus, M. J. Biomol. NMR 2001, 19, 243-253.
37. Baldus, M.; Meier, B. H. J. Magn. Reson., Ser. A 1996, 121, 65-69.
38. Baldus, M.; Iuliucci, R. J.; Meier, B. H. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 1121-1124.
39. Lesage, A.; Auger, C.; Caldarelli, S.; Emsley, L. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 7867-7868.
40. Lesage, A.; Charmont, P.; Steuernagel, S.; Emsley, L. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 9739-9744.
41. Schmidt-Rohr, K.; Spiess, H. W. Multidimensional Solid-state NMR and Polymers; Academic Press: London/San Diego, 1994.
42. MacLennan, D. H.; Kranias, E. G. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2003, 4, 566-577.
43. MacLennan, D. H.; Abu-Abed, M.; Kang, C. J. Mol. Cell. Cardiol. 2002, 34, 897-918.
44. Adams, P. D.; Arkin, I. T.; Engelman, D. M.; Brunger, A. T. Nat. Struct. Biol. 1995, 2, 154-162.
45. Ying, W. W.; Irvine, S. E.; Beekman, R. A.; Siminovitch, D. J.; Smith, S. O. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 11125-11128.
46. Reddy, L. G.; Jones, L. R.; Thomas, D. D. Biochemistry 1999, 38, 3954-3962.
47. Cornea, R. L.; Jones, L. R.; Autry, J. M.; Thomas, D. D. Biochemistry 1997, 36, 2960-2967.
48. Kimura, Y.; Kurzydlowski, K.; Tada, M.; MacLennan, D. H. J. Biol. Chem. 1997, 272, 15061-15064.
49. Pollesello, P.; Annila, A.; Ovaska, M. Biophys. J. 1999, 76, 1784-1795.
50. Lamberth, S.; Schmid, H.; Muenchbach, M.; Vorherr, T.; Krebs, J.; Carafoli, E.; Griesinger, C. Helv. Chim. Acta 2000, 83, 2141-2152.
51. Zamoon, J.; Mascioni, A.; Thomas, D. D.; Veglia, G. Biophys. J. 2003, 85, 2589-2598.
52. Toyofuku, T.; Kurzydlowski, K.; Tada, M.; Maclennan, D. H. J. Biol. Chem. 1994, 269, 3088-3094.
53. Kirby, T. L.; Karim, C. B.; Thomas, D. D. Biochemistry 2004, 43, 5842-5852.
54. Tatulian, S. A.; Jones, L. R.; Reddy, L. G.; Stokes, D. L.; Tamm, L. K. Biochemistry 1995, 34, 4448-4456.
55. Karim, C. B.; Kirby, T. L.; Zhang, Z. W.; Nesmelov, Y.; Thomas, D. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 14437-14442.
56. Dave, P. C.; Tiburu, E. K.; Damodaran, K.; Lorigan, G. A. Biophys. J. 2004, 86, 1564-1573.
57. Smith, S. O.; Kawakami, T.; Liu, W.; Ziliox, M.; Aimoto, S. J. Mol. Biol. 2001, 313, 1139-1148.
58. Hughes, E.; Middleton, D. A. J. Biol. Chem. 2003, 278, 20835-20842.
59. Mascioni, A.; Karim, C.; Zamoon, J.; Thomas, D. D.; Veglia, G. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 9392-9393.
60. Douglas, J. L.; Trieber, C. A.; Afara, M.; Young, H. S. Protein Expression Purif. 2005, 40, 118-125.
61. Dalton, K. A.; Pilot, J. D.; Mall, S.; East, J. M.; Lee, A. G. Biochem. J. 1999, 342, 431 -438.
62. Ying, W. W.; Irvine, S. E.; Beekman, R. A.; Siminovitch, D. J.; Smith, S. O. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 11125-11128.
63. Fu, R. Q.; Cotten, M.; Cross, T. A. J. Biomol. NMR 2000, 16, 261-268.
64. Baldus, M.; Petkova, A. T.; Herzfeld, J.; Griffin, R. G. Mol. Phys. 1998, 95, 1197-1207.
65. Hartmann, S. R.; Hahn, E. L. Phys. Rev. 1962, 128, 2042-2053.
66. Fung, B. M.; Khitrin, A. K.; Ermolaev, K. J. Magn. Reson. 2000, 142, 97-101.
67. Shaka, A. J.; Barker, P. B.; Freeman, R. J. Magn. Reson. 1985, 64, 547-552.
68. Hohwy, M.; Rienstra, C. M.; Jaroniec, C. P.; Griffin, R. G. J. Chem. Phys. 1999, 110, 7983-7992.
69. Pauli, J.; Baldus, M.; van Rossum, B.; de Groot, H.; Oschkinat, H. ChemBioChem 2001, 2, 272-281.
70. Baldus, M. Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 2002, 41, 1-47.
71. Hardy, E. H.; Verel, R.; Meier, B. H. J. Magn. Reson. 2001, 148, 459-464.
72. Morris, G. A.; Freeman, R. J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 760-762.
73. Haeberlen, U. In Advances in Magnetic Resonance; Waugh, J. S., Ed.; Academic Press: New York, 1976.
74. Jeener, J.; Meier, B. H.; Bachmann, P.; Ernst, R. R. J. Chem. Phys. 1979, 71, 4546-4553.
75. Westler, W. M.; Stockman, B. J.; Markley, J. L. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 6256-6258.
76. Stockman, B. J.; Reily, M. D.; Westler, W. M.; Ulrich, E. L.; Markley, J. L. Biochemistry 1989, 28, 230-236.
77. Ikura, M.; Kay, L. E.; Bax, A. Biochemistry 1990, 29, 4659-4667.
78. Bax, A.; Grzesiek, S. Acc. Chem. Res. 1993, 26, 131-138.
79. Brunger, A. T.; Adams, P. D.; Clore, G. M.; DeLano, W. L.; Gros, P.; Grosse-Kunstleve, R. W.; Jiang, J. S.; Kuszewski, J.; Nilges, M.; Pannu, N. S.; Read, R. J.; Rice, L. M.; Simonson, T.; Warren, G. L. Acta Crystallogr., Sect. D 1998, 54, 905-921.
80. Nilges, M. Curr. Opin. Struct. Biol. 1996, 6, 617-623.
81. Cornilescu, G.; Delaglio, F.; Bax, A. J. Biomol. NMR 1999, 13, 289-302.
82. Lange, A.; Seidel, K.; Verdier, L.; Luca, S.; Baldus, M. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 12640-12648.
83. Lange, A.; Becker, S.; Seidel, K.; Gillier, K.; Pongs, O.; Baldus, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 2089-2092.
84. Luca, S.; White, J. F.; Sohal, A. K.; Filippov, D. V.; van Boom, J. H.; Grisshammer, R.; Baldus, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 10706-10711.
85. Bax, A.; Freeman, R.; Kempsell, S. P. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 4849-4851.
86. Sattler, M.; Schleucher, J.; Griesinger, C. Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 1999, 34, 93-158.
87. Böckmann, A.; Lange, A.; Galinier, A.; Luca, S.; Giraud, N.; Heise, H.; Juy, M.; Montserret, R.; Penin, F.; Baldus, M. J. Biomol. NMR 2003, 27, 323-339.
88. Otting, G.; Liepinsh, E.; Wuthrich, K. Science 1991, 254, 974-980.
89. Lange, A.; Luca, S.; Baldus, M. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 9704-9705.
90. Lee, M.; Goldburg, W. I. Phys. Rev. 1965, 140, 1261-1271.
91. Davis, J. H.; Auger, M.; Hodges, R. S. Biophys. J. 1995, 69, 1917-1932.
92. Wishart, D. S.; Sykes, B. D. Methods Enzymol. 1994, 239, 363-392.
93. Luca, S.; Filippov, D. V.; van Boom, J. H.; Oschkinat, H.; de Groot, H. J. M.; Baldus, M. J. Biomol. NMR 2001, 20, 325-331.
94. Koradi, R.; Billeter, M.; Wüthrich, K. J. Mol. Graphics 1996, 14, 51-60.
95. Li, J. H.; Xiong, Y. J.; Bigelow, D. J.; Squier, T. C. Biochemistry 2004, 43, 455-463.
96. Reddy, L. G.; Jones, L. R.; Cala, S. E.; Obrian, J. J.; Tatulian, S. A.; Stokes, D. L. J. Biol. Chem. 1995, 270, 9390-9397.
97. Kimura, Y.; Kurzydlowski, K.; Tada, M.; MacLennan, D. H. J. Biol. Chem. 1996, 271, 21726-21731.
98. Karim, C. B.; Marquardt, C. G.; Stamm, J. D.; Barany, G.; Thomas, D. D. Biochemistry 2000, 39, 10892-10897.
99. Kimura, Y.; Asahi, M.; Kurzydlowski, K.; Tada, M.; MacLennan, D. H. FEBS Lett. 1998, 425, 509-512.
100. Lockwood, N. A.; Tu, R. S.; Zhang, Z. W.; Tirrell, M. V.; Thomas, D. D.; Karim, C. B. Biopolymers 2003, 69, 283-292.
101. Metcalfe, E. E.; Zamoon, J.; Thomas, D. D.; Veglia, G. Biophys. J. 2004, 87, 1205-1214.
102. Seidel, K.; Etzkorn, M.; Sonnenberg, L.; Griesinger, C.; Sebald, A.; Baldus, M. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 2436-2442.