Characterizing the protein folding transition state using χ analysis

Chemical Reviews

Volumn 106, Issue 5, 2006, Pages 1862-1876

  Sosnick, Tobin R ^a,b   Krantz, Bryan A ^a,c   Dothager, Robin S ^a,d   Baxa, Michael ^a,b  

^a UNIVERSITY OF CHICAGO   (United States)

^b UNIVERSITY OF CHICAGO   (United States)

^c HARVARD MEDICAL SCHOOL   (United States)

^d UNIVERSITY OF ILLINOIS AT URBANA CHAMPAIGN   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHARACTERIZATION; CHEMICAL ANALYSIS; ESTERS; REACTION KINETICS;

KINETIC AMIDE-ISOTOPE EFFECTS; TRANSITION STATE;

PROTEINS;

PROTEIN; UBIQUITIN;

BINDING SITE; CHEMICAL MODEL; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; KINETICS; PROTEIN ENGINEERING; PROTEIN FOLDING; REVIEW; THERMODYNAMICS;

BINDING SITES; KINETICS; MODELS, CHEMICAL; MODELS, MOLECULAR; PROTEIN ENGINEERING; PROTEIN FOLDING; PROTEINS; THERMODYNAMICS; UBIQUITIN;

EID: 33646935188     PISSN: 00092665     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cr040431q     Document Type: Review

References (140)

1. Venclovas, C.; Zemla, A.; Fidelis, K.; Moult, J. Proteins 2003, 53 (Suppl 6), 585.
2. Koo, E. H.; Lansbury, P. T., Jr.; Kelly, J. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 9989.
3. Prusiner, S. B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 13363.
4. Kelly, J. W. Curr. Opin. Struct. Biol. 1998, 8, 101.
5. Weissman, J. S.; Kashi, Y.; Fenton, W. A.; Horwich, A. L. Cell 1994, 78, 693.
6. Hartl, F. U.; Hlodan, R.; Langer, T. Trends Biochem. Sci. 1994, 19, 20.
7. Todd, M. J.; Lorimer, G. H.; Thirumalai, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 4030.
8. Hua, Q. X.; Ladbury, J. E.; Weiss, M. A. Biochemistry 1993, 32, 1433.
9. Cunningham, E. L.; Jaswal, S. S.; Sohl, J. L.; Agard, D. A. Proc. Natl. Acad Sci. U.S.A. 1999, 96, 11008.
10. Dunker, A. K.; Brown, C. J.; Lawson, J. D.; Iakoucheva, L. M.; Obradovic, Z. Biochemistry 2002, 41, 6573.
11. Dyson, H. J.; Wright, P. E. Curr. Opin. Struct. Biol. 2002, 12, 54.
12. Braun, B. C.; Glickman, M.; Kraft, R.; Dahlmann, B.; Kloetzel, P. M.; Finley, D.; Schmidt, M. Nat. Cell Biol. 1999, 1, 221.
13. Strickland, E.; Hakala, K.; Thomas, P. J.; DeMartino, G. N. J. Biol. Chem. 2000, 275, 5565.
14. Hoskins, J. R.; Sharma, S.; Sathyanarayana, B. K.; Wickner, S. Adv. Protein Chem. 2001, 59, 413.
15. Kenniston, J. A.; Baker, T. A.; Fernandez, J. M.; Sauer, R. T. Cell 2003, 114, 511.
16. Wiedemann, N.; Frazier, A. E.; Pfanner, N. J. Biol. Chem. 2004, 279, 14473.
17. van der Goot, F. G.; Lakey, J.; Pattus, F.; Kay, C. M.; Sorokine, O.; Van Dorsselaer, A.; Buckley, J. T. Biochemistry 1992, 31, 8566.
18. Krantz, B. A.; Trivedi, A. D.; Cunningham, K.; Christensen, K. A.; Collier, R. J. J. Mol. Biol. 2004, 344, 739.
19. Jackson, S. E. Fold. Des. 1998, 3, R81.
20. Krantz, B. A.; Sosnick, T. R. Biochemistry 2000, 39, 11696.
21. Krantz, B. A.; Mayne, L.; Rumbley, J.; Englander, S. W.; Sosnick, T. R. J. Mol. Biol. 2002, 324, 359.
22. Jacob, J.; Krantz, B.; Dothager, R. S.; Thiyagarajan, P.; Sosnick, T. R. J. Mol. Biol. 2004, 338, 369.
23. Vu, N. D.; Feng, H.; Bai, Y. Biochemistry 2004, 43, 3346.
24. Takei, J.; Pei, W.; Vu, D.; Bai, Y. Biochemistry 2002, 41, 12308.
25. Chu, R.; Pei, W.; Takei, J.; Bai, Y. Biochemistry 2002, 41, 7998.
26. Bai, Y.; Sosnick, T. R.; Mayne, L.; Englander, S. W. Science 1995, 269, 192.
27. Maity, M.; Maity, H.; Englander, S. W. Biophys. J. 2004, 86, 498a.
28. Englander, S. W. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2000, 29, 213.
29. Xu, Y.; Mayne, L.; Englander, S. W. Nat. Struct. Biol. 1998, 5, 774.
30. Matthews, C. R. Methods Enzymol. 1987, 154, 498.
31. Fersht, A. R.; Matouschek, A.; Serrano, L. J. Mol. Biol. 1992, 224, 771.
32. Goldenberg, D. P. In Protein Folding; Creighton, T. E., Ed.; W. H. Freeman: New York, 1992.
33. Fersht, A. R.; Leatherbarrow, R. J.; Wells, T. N. C. Nature 1986, 322, 284.
34. Leatherbarrow, R. J.; Fersht, A. R.; Winter, G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1985, 82, 7840.
35. Sosnick, T. R.; Dothager, R. S.; Krantz, B. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 17377.
36. Feng, H.; Vu, N. D.; Zhou, Z.; Bai, Y. Biochemistry 2004, 43, 14325.
37. Sanchez, I. E.; Kiefhaber, T. J. Mol. Biol. 2003, 334, 1077.
38. Bulaj, G.; Goldenberg, D. P. Nat. Struct. Biol. 2001, 8, 326.
39. Ozkan, S. B.; Bahar, I.; Dill, K. A. Nat. Struct. Biol. 2001, 8, 765.
40. Fersht, A. R.; Sato, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 7976.
41. Krantz, B. A.; Dothager, R. S.; Sosnick, T. R. J. Mol. Biol. 2004, 337, 463.
42. Raleigh, D. P.; Plaxco, K. W. Protein Pept. Lett. 2005, 12, 117.
43. Fersht, A. R.; Itzhaki, L. S.; elMasry, N. F.; Matthews, J. M.; Otzen, D. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 10426.
44. Kim, D. E.; Yi, Q.; Gladwin, S. T.; Goldberg, J. M.; Baker, D. J. Mol. Biol. 1998, 284, 807.
45. Martinez, J. C.; Pisabarro, M. T.; Serrano, L. Nat. Struct. Biol. 1998, 5, 721.
46. Moran, L. B.; Schneider, J. P.; Kentsis, A.; Reddy, G. A.; Sosnick, T. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 10699.
47. Krantz, B. A.; Sosnick, T. R. Nat. Struct. Biol. 2001, 8, 1042.
48. Northey, J. G.; Maxwell, K. L.; Davidson, A. R. J. Mol. Biol. 2002, 320, 389.
49. Khorasanizadeh, S.; Peters, I. D.; Roder, H. Nat. Struct. Biol. 1996, 3, 193.
50. Cho, J. H.; Sato, S.; Raleigh, D. P. J. Mol. Biol. 2004, 338, 827.
51. Capaldi, A. P.; Kleanthous, C.; Radford, S. E. Nat. Struct. Biol. 2002.
52. Feng, H.; Takei, J.; Lipsitz, R.; Tjandra, N.; Bai, Y. Biochemistry 2003, 42, 12461.
53. Kentsis, A.; Sosnick, T. R. Biochemistry 1998, 37, 14613.
54. Parker, M. J.; Clarke, A. R. Biochemistry 1997, 36, 5786.
55. Krantz, B. A.; Srivastava, A. K.; Nauli, S.; Baker, D.; Sauer, R. T.; Sosnick, T. R. Nat. Struct. Biol. 2002, 9, 458.
56. Krantz, B. A.; Moran, L. B.; Kentsis, A.; Sosnick, T. R. Nat. Struct. Biol. 2000, 7, 62.
57. Meisner, W. K.; Sosnick, T. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 13478.
58. Deechongkit, S.; Nguyen, H.; Powers, E. T.; Dawson, P. E.; Gruebele, M.; Kelly, J. W. Nature 2004, 430, 101.
59. Brønsted, J. N.; Pedersen, K. Z. Phys. Chem. 1924, A108, 185.
60. Leffler, J. E. Science 1953, 107, 340.
61. Sharp, K. A.; Englander, S. W. Trends Biochem. Sci. 1994, 19, 526.
62. Eyring, H. J. Chem. Phys. 1935, 3, 107.
63. Jia, Y. Q. J. Solid State Chem. 1991, 95, 184.
64. Fersht, A. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 17327.
65. Sancho, J.; Meiering, E. M.; Fersht, A. R. J. Mol. Biol. 1991, 221, 1007.
66. Dwyer, M. A.; Looger, L. L.; Hellinga, H. W. Proc. Natl. Acad Sci. U.S.A. 2003, 100, 11255.
67. Liu, H.; Schmidt, J. J.; Bachand, G. D.; Rizk, S. S.; Looger, L. L.; Hellinga, H. W.; Montemagno, C. D. Nat. Mater. 2002, 1, 173.
68. Goedken, E. R.; Keck, J. L.; Berger, J. M.; Marqusee, S. Protein Sci. 2000, 9, 1914.
69. Kim, C. A.; Berg, J. M. Nature 1993, 362, 267.
70. Webster, S. M.; Del Camino, D.; Dekker, J. P.; Yellen, G. Nature 2004, 428, 864.
71. Lu, Y.; Berry, S. M.; Pfister, T. D. Chem. Rev. 2001, 101, 3047.
72. Higaki, J. N.; Fletterick, R. J.; Craik, C. S. TIBS 1992, 17, 100.
73. Morgan, D. M.; Lynn, D. G.; Miller-Auer, H.; Meredith, S. C. Biochemistry 2001, 40, 14020.
74. Benson, D. E.; Wisz, M. S.; Hellinga, H. W. Curr. Opin. Biotechnol. 1998, 9, 370.
75. Dwyer, M. A.; Looger, L. L.; Hellinga, H. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 11255.
76. Ghadiri, M.; Choi, C. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 1630.
77. Kuwajima, K.; Mitani, M.; Sugai, S. J. Mol. Biol. 1989, 206, 547.
78. Sosnick, T. R.; Jackson, S.; Wilk, R. M.; Englander, S. W.; DeGrado, W. F. Proteins 1999, 24, 427.
79. Went, H. M.; Benitez-Cardoza, C. G.; Jackson, S. E. FEBS Lett. 2004, 567, 333.
80. Vallee-Belisle, A.; Turcotte, J. F.; Michnick, S. W. Biochemistry 2004, 43, 8447.
81. Zerella, R.; Chen, P. Y.; Evans, P. A.; Raine, A.; Williams, D. H. Protein Sci. 2000, 9, 2142.
82. Jourdan, M.; Searle, M. S. Biochemistry 2000, 39, 12355.
83. Zerella, R.; Evans, P. A.; Ionides, J. M.; Packman, L. C.; Trotter, B. W.; Mackay, J. P.; Williams, D. H. Protein Sci. 1999, 8, 1320.
84. Munoz, V.; Serrano, L. Biopolymers 1997, 41, 495.
85. Chen, P. Y.; Gopalacushina, B. G.; Yang, C. C.; Chan, S. I.; Evans, P. A. Protein Sci. 2001, 10, 2063.
86. Pan, Y.; Briggs, M. S. Biochemistry 1992, 31, 11405.
87. Went, H. M.; Jackson, S. E. Protein Eng. Des. Sel. 2005, 18, 229.
88. Benitez-Cardoza, C. G.; Stott, K.; Hirshberg, M.; Went, H. M.; Woolfson, D. N.; Jackson, S. E. Biochemistry 2004, 43, 5195.
89. Kay, M. S.; Baldwin, R. L. Nat. Struct. Biol. 1996, 3, 439.
90. Sato, S.; Religa, T. L.; Daggett, V.; Fersht, A. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 6952.
91. Matthews, J. M.; Fersht, A. R. Biochemistry 1995, 34, 6805.
92. Zitzewitz, J. A.; Ibarra-Molero, B.; Fishel, D. R.; Terry, K. L.; Matthews, C. R. J. Mol. Biol. 2000, 296, 1105.
93. McCallister, E. L.; Alm, E.; Baker, D. Nat. Struct. Biol. 2000, 7, 669.
94. Sosnick, T. R.; Mayne, L.; Hiller, R.; Englander, S. W. Peptide and Protein Folding Workshop, Philadelphia, PA, 1995; p 52.
95. Sosnick, T. R.; Mayne, L.; Englander, S. W. Proteins 1996, 24, 413.
96. Sosnick, T. R.; Englander, S. W. In Dynamics and the Problem of Recognition in Biological Macromolecules; Jardetzky, O., Lefevre, J.-F., Eds.; Plenum Press: New York, 1996; Vol. 288.
97. Plaxco, K. W.; Simons, K. T.; Baker, D. J. Mol. Biol. 1998, 277, 985.
98. Goldenberg, D. P. Nat. Struct. Biol. 1999, 6, 987.
99. Bai, Y.; Zhou, H.; Zhou, Y. Protein Sci. 2004, 13, 1173.
100. Ivankov, D. N.; Garbuzynskiy, S. O.; Alm, E.; Plaxco, K. W.; Baker, D.; Finkelstein, A. V. Protein Sci. 2003, 12, 2057.
101. Abkevich, V. I.; Gutin, A. M.; Shakhnovich, E. I. Biochemistry 1994, 33, 10026.
102. Fersht, A. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1995, 92, 10869.
103. Guo, Z. Y.; Thirumalai, D. Biopolymers 1995, 36, 83.
104. Alm, E.; Morozov, A. V.; Kortemme, T.; Baker, D. J. Mol. Biol. 2002, 322, 463.
105. Guerois, R.; Serrano, L. J. Mol. Biol. 2000, 304, 967.
106. Munoz, V.; Eaton, W. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 11311.
107. Makarov, D. E.; Plaxco, K. W. Protein Sci. 2003, 12, 17.
108. Garcia-Mira, M. M.; Boehringer, D.; Schmid, F. X. J. Mol. Biol. 2004, 339, 555.
109. Grantcharova, V. P.; Riddle, D. S.; Santiago, J. V.; Baker, D. Nat. Struct. Biol. 1998, 5, 714.
110. Gruebele, M.; Wolynes, P. G. Nat. Struct. Biol. 1998, 5, 662.
111. Guo, W.; Lampoudi, S.; Shea, J. E. Proteins 2004, 55, 395.
112. Klimov, D. K.; Thirumalai, D. Proteins 2001, 43, 465.
113. Lindberg, M.; Tangrot, J.; Oliveberg, M. Nat. Struct. Biol. 2002, 9, 818.
114. Riddle, D. S.; Grantcharova, V. P.; Santiago, J. V.; Alm, E.; Ruczinski, I. I.; Baker, D. Nat. Struct. Biol. 1999, 6, 1016.
115. Weikl, T. R.; Dill, K. A. J. Mol. Biol. 2003, 332, 953.
116. Yi, Q.; Rajagopal, P.; Klevit, R. E.; Baker, D. Protein Sci. 2003, 12, 776.
117. Gruebele, M. Curr. Opin. Struct. Biol. 2002, 12, 161.
118. Onuchic, J. N.; Wolynes, P. G. Curr. Opin. Struct. Biol. 2004, 14, 70.
119. Bryngelson, J. D.; Onuchic, J. N.; Socci, N. D.; Wolynes, P. G. Proteins 1995, 21, 167.
120. Dill, K. A.; Chan, H. S. Nat. Struct. Biol. 1997, 4, 19.
121. Onuchic, J. N.; Socci, N. D.; Luthey-Schulten, Z.; Wolynes, P. G. Fold. Des. 1996, 1, 441.
122. Socci, N. D.; Onuchic, J. N.; Wolynes, P. G. Proteins 1998, 32, 136.
123. Shakhnovich, E. I. Fold. Des. 1998, 3, R108.
124. Thirumalai, D.; Klimov, D. K. Fold. Des. 1998, 3, R112.
125. Yang, W. Y.; Pitera, J. W.; Swope, W. C.; Gruebele, M. J. Mol. Biol. 2004, 336, 241.
126. Burton, R. E.; Myers, J. K.; Oas, T. G. Biochemistry 1998, 37, 5337.
127. Baldwin, R. L. J. Biomol. NMR 1995, 5, 103.
128. Wright, C. F.; Lindorff-Larsen, K.; Randles, L. G.; Clarke, J. Nat. Struct. Biol. 2003, 10, 658.
129. Zaidi, F. N.; Nath, U.; Udgaonkar, J. B. Nat. Struct. Biol. 1997, 4, 1016.
130. Nguyen, H.; Jager, M.; Moretto, A.; Gruebele, M.; Kelly, J. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 3948.
131. Leeson, D. T.; Gai, F.; Rodriguez, H. M.; Gregoret, L. M.; Dyer, R. B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 2527.
132. Martinez, J. C.; Serrano, L. Nat. Struct. Biol. 1999, 6, 1010.
133. Grantcharova, V. P.; Riddle, D. S.; Baker, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 7084.
134. Viguera, A. R.; Serrano, L. Nat. Struct. Biol. 1997, 4, 939.
135. Grantcharova, V.; Alm, E. J.; Baker, D.; Horwich, A. L. Curr. Opin. Struct. Biol. 2001, 11, 70.
136. Viguera, A. R.; Serrano, L.; Wilmanns, M. Nat. Struct. Biol. 1996, 3, 874.
137. Hennecke, J.; Sebbel, P.; Glockshuber, R. J. Mol. Biol. 1999, 286, 1197.
138. Grantcharova, V. P.; Baker, D. J. Mol. Biol. 2001, 306, 555.
139. Otzen, D. E.; Fersht, A. R. Biochemistry 1998, 37, 8139.
140. Maxwell, K. L.; Wildes, D.; Zarrine-Afsar, A.; De Los Rios, M. A.; Brown, A. G.; Friel, C. T.; Hedberg, L.; Horng, J. C.; Bona, D.; Miller, E. J.; Vallee-Belisle, A.; Main, E. R.; Bemporad, F.; Qiu, L.; Teilum, K.; Vu, N. D.; Edwards, A. M.; Ruczinski, I.; Poulsen, F. M.; Kragelund, B. B.; Michnick, S. W.; Chiti, F.; Bai, Y.; Hagen, S. J.; Serrano, L.; Oliveberg, M.; Raleigh, D. P.; Wittung-Stafshede, P.; Radford, S. E.; Jackson, S. E.; Sosnick, T. R.; Marqusee, S.; Davidson, A. R.; Plaxco, K. W. Protein Sci. 2005, 14, 602.