Design of functional ferritin-like proteins with hydrophobic cavities

Journal of the American Chemical Society

Volumn 128, Issue 20, 2006, Pages 6611-6619

  Swift, Joe ^a   Wehbi, William A ^a   Kelly, Brenna D ^a   Stowell, Xiaoran Fu ^a   Saven, Jeffery G ^a,b   Dmochowski, Ivan J ^a  

^a UNIVERSITY OF PENNSYLVANIA   (United States)

^b MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

HYDROPHILICITY; HYDROPHOBICITY; IONS; LIGHT SCATTERING; SIZE EXCLUSION CHROMATOGRAPHY;

FERRITIN-LIKE PROTEINS; HYDROPHOBIC CAVITIES; METAL IONS;

PROTEINS;

FERRITIN; NANOPARTICLE;

ARTICLE; CIRCULAR DICHROISM; GEL PERMEATION CHROMATOGRAPHY; HYDROPHOBICITY; LIGHT SCATTERING; PROTEIN ASSEMBLY; PROTEIN DENATURATION; PROTEIN ENGINEERING; PROTEIN FOLDING; PROTEIN FUNCTION;

BACTERIAL PROTEINS; CHROMATOGRAPHY, LIQUID; COMPUTATIONAL BIOLOGY; COMPUTER-AIDED DESIGN; DNA-BINDING PROTEINS; FERRITINS; GUANIDINE; HYDROPHOBICITY; IRON; MODELS, MOLECULAR; MUTAGENESIS; PROTEIN DENATURATION; THERMODYNAMICS;

EID: 33646744925     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja057069x     Document Type: Article

References (93)

1. Liu, X.; Theil, E. C. Acc. Chem. Res. 2005, 38, 167-175.
2. Dickson, D. P. E.; Walton, S. A.; Mann, S.; Wong, K. Nanostruct. Mater. 1997, 9, 595-598.
3. Hosein, H. A.; Strongin, D. R.; Allen, M.; Douglas, T. Langmuir 2004, 20, 10283-10287.
4. Hempstead, P. D.; Yewdall, S. J.; Fernie, A. R.; Lawson, D. M.; Artymiuk, P. J.; Rice, D. W.; Ford, G. C.; Harrison, P. M. J. Mol. Biol. 1997, 268, 424-448.
5. Johnson, E.; Cascio, D.; Sawaya, M. R.; Gingery, M.; Schroder, I. Structure 2005, 13, 637-648.
6. Harrison, P. M.; Arosio, P. Biochim. Biophys. Acta 1996, 1275, 161-203.
7. Dominguez-Vera, J. M.; Colacio, E. Inorg. Chem. 2003, 42, 6983-6985.
8. Ensign, D.; Young, M.; Douglas, T. Inorg. Chem. 2004, 43, 3441-3446.
9. Ueno, T.; Suzuki, M.; Goto, T.; Matsumoto, T.; Nagayama, K.; Watanabe, Y. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 2004, 43, 2527-2530.
10. Meldrum, F. C.; Heywood, B. R.; Mann, S. Science 1992, 257, 522-523.
11. Meldrum, F. C.; Douglas, T.; Levi, S.; Arosio, P.; Mann, S. J. Inorg. Biochem. 1995, 58. 59-68.
12. Douglas, T.; Stark, V. T. Inorg. Chem. 2000, 39, 1828-1830.
13. Allen, M.; Willits, D.; Young, M.; Douglas, T. Inorg. Chem. 2003, 42, 6300-6305.
14. Douglas, T.; Dickson, D. P. E.; Betteridge, S.; Charnock, J.; Garner, C. D.; Mann, S. Science 1995, 269, 54-57.
15. Wong, K. K. W.; Mann, S. Adv. Mater. 1996, 8, 928-932.
16. Yamashita, I.; Hayashi, J.; Hara, M. Chem. Lett. 2004, 33, 1158-1159.
17. Liu, R.; Loll, P. J.; Eckenhoff, R. G. FASEB J. 2005, 19, 567-576.
18. Simsek, E.; Kilic, M. A. J. Magn. Magn. Mater. 2005, 293, 509-513.
19. Webb, B.; Frame, J.; Zhao, Z.; Lee, M. L.; Watt, G. D. Arch. Biochem. Biophys. 1994, 309, 178-183.
20. Liu, Y.; Male, K. B.; Bouvrette, P.; Luong, J. H. T. Chem. Mater. 2003, 15, 4172-4180.
21. Djalali, R.; Samson, J.; Matsui, H. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 7935-7939.
22. Esumi, K.; Hosoya, T.; Suzuki, A.; Torigoe, K. J. Colloid Interface Sci. 2000, 229, 303-306.
23. Mooers, B. H. M.; Datta, D.; Baase, W. A.; Zollars, E. S.; Mayo, S. L.; Matthews, B. W. J. Mol. Biol. 2003, 332, 741-756.
24. Buckle, A. M.; Cramer, P.; Fersht, A. R. Biochemistry 1996, 35, 4298-4305.
25. Axe, D. D.; Foster, N. W.; Fersht, A. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 5590-5594.
26. Jackson, S. E.; Moracci, M.; Elmasry, N.; Johnson, C. M.; Fersht, A. R. Biochemistry 1993, 32, 11259-11269.
27. Eriksson, A. E.; Baase, W. A.; Wozniak, J. A.; Matthews, B. W. Nature 1992, 355, 371-373.
28. Eriksson, A. E.; Baase, W. A.; Zhang, X. J.; Heinz, D. W.; Blaber, M.; Baldwin, E. P.; Matthews, B. W. Science 1992, 255, 178-183.
29. Wong, K. K. W.; Whilton, N. T.; Coelfen, H.; Douglas, T.; Mann, S. Chem. Commun. 1998, 1621-1622.
30. Almiron, M.; Link, A. J.; Furlong, D.; Kolter, R. Genes Dev. 1992, 6, 2646-2654.
31. Grant, R. A.; Filman, D. J.; Finkel, S. E.; Kolter, R.; Hogle, J. M. Nat. Struct. Biol. 1998, 5, 294-303.
32. Zhao, G. H.; Ceci, P.; Ilari, A.; Giangiacomo, L.; Laue, T. M.; Chiancone, E.; Chasteen, N. D. J. Biol. Chem. 2002, 277, 27689-27696.
33. Ilari, A.; Ceci, P.; Ferrari, D.; Rossi, G. L.; Chiancone, E. J. Biol. Chem. 2002, 277, 37619-37623.
34. Martinez, A.; Kolter, R. J. Bacteriol. 1997, 179, 5188-5194.
35. Azam, T. A.; Ishihama, A. J. Biol. Chem. 1999, 274, 33105-33113.
36. Kim, J.; Yoshimura, S. H.; Hizume, K.; Ohniwa, R. L.; Ishihama, A.; Takeyasu, K. Nucl. Acid Res. 2004, 32, 1982-1992.
37. Nair, S.; Finkel, S. E. J. Bacteriol. 2004, 186, 4192-4198.
38. Santambrogio, P.; Pinto, P.; Levi, S.; Cozzi, A.; Rovida, E.; Albertini, A.; Artymiuk, P.; Harrison, P. M.; Arosio, P. Biochem. J. 1997, 322, 461-468.
39. Wade, V. J.; Levi, S.; Arosio, P.; Treffry, A.; Harrison, P. M.; Mann, S. J. Mol. Biol. 1991, 221, 1443-1452.
40. Kilic, M. A.; Spiro, S.; Moore, G. R. Protein Sci. 2003, 12, 1663-1674.
41. Zeth, K.; Offermann, S.; Essen, L.-O.; Oesterhelt, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 13780-13785.
42. Doerr, A. J.; Case, M. A.; Pelczer, I.; McLendon, G. L. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4192-4198.
43. Bolon, D. N.; Mayo, S. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 14274-14279.
44. Ghirlanda, G.; Osyczka, A.; Liu, W. X.; Antolovich, M.; Smith, K. M.; Dutton, P. L.; Wand, A. J.; DeGrado, W. F. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 8141-8147.
45. Dwyer, M. A.; Looger, L. L.; Hellinga, H. W. Science 2004, 304, 1967-1971.
46. Calhoun, J. R.; Kono, H.; Lahr, S.; Wang, W.; DeGrado, W. F.; Saven, J. G. J. Mol. Biol. 2003, 334, 1101-1115.
47. Kono, H.; Saven, J. G. J. Mol. Biol. 2001, 306, 607-628.
48. Saven, J. G. Curr. Opin. Struct. Biol. 2002, 12, 453-458.
49. Gillespie, B.; Vu, D. M.; Shah, P. S.; Marshall, S. A.; Dyer, R. B.; Mayo, S. L.; Plaxco, K. W. J. Mol. Biol. 2003, 330, 813-819.
50. Kohn, J. E.; Plaxco, K. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 10841-10845.
51. Kraemer-Pecore, C. M.; Lecomte, J. T. J.; Desjarlais, J. R. Protein Sci. 2003, 12, 2194-2205.
52. Main, E. R. G.; Lowe, A. R.; Mochrie, S. G. J.; Jackson, S. E.; Regan, L. Curr. Opin. Struct. Biol. 2005, 15, 464-471.
53. Southall, N. T.; Dill, K. A.; Haymet, A. D. J. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 521-533.
54. Dill, K. A. Biochemistry 1990, 29, 7133-7155.
55. Korkegian, A.; Black, M. E.; Baker, D.; Stoddard, B. L. Science 2005, 308, 857-860.
56. Kuhlman, B.; Dantas, G.; Ireton, G. C.; Varani, G.; Stoddard, B. L.; Baker, D. Science 2003, 302, 1364-1368.
57. Kraemer-Pecore, C. M.; Wollacott, A. M.; Desjarlais, J. R. Curr. Opin. Chem. Biol. 2001, 5, 690-695.
58. Discher, B. M.; Koder, R. L.; Moser, C. C.; Dutton, P. L. Curr. Opin. Chem. Biol. 2003, 7, 741-748.
59. Cochran, F. V.; Wu, S. P.; Wang, W.; Nanda, V.; Saven, J. G.; Therien, M. J.; DeGrado, W. F. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 1346-1347.
60. Kaplan, J.; DeGrado, W. F. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 11566-11570.
61. Looger, L. L.; Hellinga, H. W. J. Mol. Biol. 2001, 307, 429-445.
62. Zou, J. M.; Saven, J. G. J. Chem. Phys. 2003, 118, 3843-3854.
63. Park, S.; Xi, Y.; Saven, J. G. Curr. Opin. Struct. Biol. 2004, 14, 487-494.
64. Zou, J. M.; Saven, J. G. J. Mol. Biol. 2000, 296, 281-294.
65. Park, S.; Boder, E. T.; Saven, J. G. J. Mol. Biol. 2005, 348, 75-83.
66. Park, S.; Kono, H.; Wang, W.; Boder, E. T.; Saven, J. G. Comput. Chem. Eng. 2005, 29, 407-421.
67. Yang, X.; Saven, J. G. Chem. Phys. Lett. 2005, 401, 205-210.
68. Fu, X. R.; Kono, H.; Saven, J. G. Protein Eng. 2003, 16, 971-977.
69. Slovic, A. M.; Kono, H.; Lear, J. D.; Saven, J. G.; DeGrado, W. F. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 1828-1833.
70. Nanda, V.; Rosenblatt, M. M.; Osyczka, A.; Kono, H.; Getahun, Z.; Dutton, P. L.; Saven, J. G.; DeGrado, W. F. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 5804-5805.
71. Weiner, S. J.; Kollman, P. A.; Case, D. A.; Singh, U. C.; Ghio, C.; Alagona, G.; Profeta, S.; Weiner, P. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 765-784.
72. Kono, H.; Doi, J. J. Comput. Chem. 1996, 17, 1667-1683.
73. DeLano, W. L. The PyMOL User's Manual; DeLano Scientific: San Carlos, CA, 2002.
74. Fraczkiewicz, R.; Braun, W. J. Comput. Chem. 1998, 19, 319-333.
75. Chen, Y. H.; Yang, J. T.; Chau, K. H. Biochemistry 1974, 13, 3350-3359.
76. Gans, P. J.; Lyu, P. C.; Manning, M. C.; Woody, R. W.; Kallenbach, N. R. Biopolymers 1991, 31, 1605-1614.
77. Luo, P.; Baldwin, R. L. Biochemistry 1997, 36, 8413-8421.
78. Ren, B.; Tibbelin, G.; Kajino, T.; Asami, O.; Ladenstein, R. J. Mol. Biol. 2003, 329, 467-477.
79. Jaenicke, R. Prog. Biophys. Mol. Biol. 1987, 49, 117-237.
80. Stefanini, S.; Cavallo, S.; Wang, C.-Q.; Tataseo, P.; Vecchini, P.; Giartosio, A.; Chiancone, E. Arch. Biochem. Biophys. 1996, 325, 58-64.
81. Ceci, P.; Cellai, S.; Falvo, E.; Rivetti, C.; Rossi, G. L.; Chiancone, E. Nucleic Acids Res. 2004, 32, 5935-5944.
82. Ilari, A.; Stefanini, S.; Chiancone, E.; Tsernoglou, D. Nat. Struct. Biol. 2000, 7, 38-43.
83. Jackson, S. E.; Fersht, A. R. Biochemistry 1991, 30, 10428-10435.
84. Pace, C. N. Methods Enzymol. 1986, 131, 266-280.
85. Meihong, S.; Cavallo, S.; Stefanini, S.; Chiancone, E.; Chasteen, N. D. Biochemistry 2005, 44, 5572-5578.
86. Yang, X.; Chen-Barrett, Y.; Arosio, P.; Chasteen, N. D. Biochemistry 1998, 37, 9743-9750.
87. Pace, C. N.; Scholtz, J. M. In Protein structure: A practical approach. 2nd ed.; Creighton, T. E., Ed.; IRL Press: Oxford, UK, 1997; pp 299-321.
88. Gupta, S.; Chatterji, D. J. Biol. Chem. 2003, 278, 5235-5241.
89. Ceci, P.; Ilari, A.; Falvo, E.; Giangiacomo, L.; Chiancone, E. J. Biol. Chem. 2005, 280, 34776-34785.
90. Krantz, B. A.; Melnyk, R. A.; Zhang, S.; Juris, S. J.; Lacy, D. B.; Wu, Z.; Finkelstein, A.; Collier, R. J. Science 2005, 309, 777-781.
91. Maier, T.; Ferbitz, L.; Deuerling, E.; Ban, N. Curr. Opin. Struct. Biol. 2005, 15, 204-212.
92. Ilari, A.; Latella, M. C.; Ceci, P.; Ribacchi, F.; Su, M.; Giangiacomo, L.; Stefanini, S.; Chasteen, N. D.; Chiancone, E. Biochemistry 2005, 44, 5579-5587.
93. Santambrogio, P.; Levi, S.; Cozzi, A.; Rovida, E.; Albertini, A.; Arosio, P. J. Biol. Chem. 1993, 268, 12744-12748.