Thermodynamic basis for promiscuity and selectivity in protein-protein interactions: PDZ domains, a case study

Journal of the American Chemical Society

Volumn 128, Issue 39, 2006, Pages 12766-12777

  Basdevant, Nathalie ^b   Weinstein, Harel ^b   Ceruso, Marco ^a  

^a CITY UNIVERSITY OF NEW YORK   (United States)

^b WEILL CORNELL MEDICAL COLLEGE   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CONFIGURATIONAL ENTROPY BINDING; LIGANDS; PEPTIDES; PROMISCUITY;

AMINO ACIDS; COMPLEXATION; COMPUTER SIMULATION; ENTROPY; HARMONIC ANALYSIS; MOLECULAR STRUCTURE; THERMODYNAMICS;

PROTEINS;

ADAPTOR PROTEIN; CELL PROTEIN; DISHEVELLED PROTEIN; EPIDERMAL GROWTH FACTOR RECEPTOR 2; PDZ PROTEIN; PEPTIDE; PHOSPHOPROTEIN; POSTSYNAPTIC DENSITY PROTEIN 95; PROTEIN GRIP; PROTEIN INAD; PROTEIN NHERF; PROTEIN SHANK; SYNTENIN; UNCLASSIFIED DRUG;

ARTICLE; ELECTRICITY; ENTROPY; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULAR RECOGNITION; PROTEIN ASSEMBLY; PROTEIN BINDING; PROTEIN DOMAIN; PROTEIN FOLDING; PROTEIN PROTEIN INTERACTION; PROTEIN STRUCTURE; THERMODYNAMICS;

COMPUTER SIMULATION; ELECTROSTATICS; LIGANDS; MODELS, CHEMICAL; MODELS, MOLECULAR; PROTEIN BINDING; PROTEIN CONFORMATION; PROTEIN STRUCTURE, TERTIARY; PROTEINS; SUBSTRATE SPECIFICITY; THERMODYNAMICS;

EID: 33749511033     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja060830y     Document Type: Article

References (94)

1. Cesareni, G.; Gimona, M.; Sudol, M.; Yaffe, M. Modular Protein Domains; Wiley: New York, 2004.
2. Sudol, M. Oncogene 1998, 17, 1469-74.
3. Doyle, D. A.; Lee, A.; Lewis, J.; Kim, E.; Sheng, M.; MacKinnon, R. Cell 1996, 85, 1067-76.
4. Jelen, F.; Oleksy, A.; Smietana, K.; Otlewski, J. Acta Biochim. Pol. 2003, 50, 985-1017.
5. Nourry, C.; Grant, S. G.; Borg, J. P. Sci. STKE 2003, 2003, RE7.
6. van Ham, M.; Hendriks, W. Mol. Biol. Rep. 2003, 30, 69-82.
7. Sheng, M.; Sala, C. Annu. Rev. Neurosci. 2001, 24, 1-29.
8. Kim, E.; Sheng, M. Nat. Rev. Neurosci. 2004, 5, 771-81.
9. Cowburn, D. Structure 1996, 4, 1005-8.
10. Cowburn, D. Curr. Opin. Struct. Biol. 1997, 7, 835-8.
11. Harrison, S. C. Cell 1996, 86, 341-3.
12. Songyang, Z.; Fanning, A. S.; Fu, C.; Xu, J.; Marfatia, S. M.; Chishti, A. H.; Crompton, A.; Chan, A. C.; Anderson, J. M.; Cantley, L. C. Science 1997, 275, 73-7.
13. Stricker, N. L.; Christopherson, K. S.; Yi, B. A.; Schatz, P. J.; Raab, R. W.; Dawes, G.; Bassett, D. E., Jr.; Bredt, D. S.; Li, M. Nat. Biotechnol. 1997, 15, 336-42.
14. Tochio, H.; Zhang, Q.; Mandal, P.; Li, M.; Zhang, M. Nat. Struct. Biol. 1999, 6, 417-21.
15. Harris, B. Z.; Lim, W. A. J. Cell. Sci. 2001, 114, 3219-31.
16. Bezprozvanny, I.; Maximov, A. FEBS Lett. 2001, 509, 457-62.
17. Vaccaro, P.; Dente, L. FEBS Lett. 2002, 512, 345-9.
18. Karthikeyan, S.; Leung, T.; Ladias, J. A. J. Biol. Chem. 2002, 277, 18973-8.
19. Laura, R. P.; Witt, A. S.; Held, H. A.; Gerstner, R.; Deshayes, K.; Koehler, M. F.; Kosik, K. S.; Sidhu, S. S.; Lasky, L. A. J. Biol. Chem. 2002, 277, 12906-14.
20. Birrane, G.; Chung, J.; Ladias, J. A. J. Biol. Chem. 2003, 278, 1399-402.
21. Kang, B. S.; Cooper, D. R.; Devedjiev, Y.; Derewenda, U.; Derewenda, Z. S. Structure (Camb) 2003, 11, 845-53.
22. Kurschner, C.; Mermelstein, P. G.; Holden, W. T.; Surmeier, D. J. Mol. Cell. NeuroSci. 1998, 11, 161-72.
23. Madsen, K. L.; Beuming, T.; Niv, M. Y.; Chang, V.; Dev, K. K.; Weinstein, H.; Gether, U. J. Biol. Chem. 2005.
24. Hillier, B. J.; Christopherson, K. S.; Prehoda, K. E.; Bredt, D. S.; Lim, W. A. Science 1999, 284, 812-5.
25. Oschkinat, H. Nat. Struct. Biol. 1999, 6, 408-10.
26. Feng, W.; Fan, J. S.; Jiang, M.; Shi, Y. W.; Zhang, M. J. Biol. Chem. 2002, 277, 41140-6.
27. Kollman, P. A.; Massova, I.; Reyes, C.; Kuhn, B.; Huo, S.; Chong, L.; Lee, M.; Lee, T.; Duan, Y.; Wang, W.; Donini, O.; Cieplak, P.; Srinivasan, J.; Case, D. A.; Cheatham, T. E., III. Acc. Chem. Res. 2000, 33, 889-97.
28. Reyes, C. M.; Kollman, P. A. J. Mol. Biol. 2000, 297, 1145-58.
29. Berman, H. M.; Westbrook, J.; Feng, Z.; Gilliland, G.; Bhat, T. N.; Weissig, H.; Shindyalov, I. N.; Bourne, P. E. Nucleic Acids Res. 2000, 28, 235-42.
30. Skelton, N. J.; Koehler, M. F.; Zobel, K.; Wong, W. L.; Yeh, S.; Pisabarro, M. T.; Yin, J. P.; Lasky, L. A.; Sidhu, S. S. J. Biol. Chem. 2003, 278, 7645-54.
31. Kimple, M. E.; Siderovski, D. P.; Sondek, J. EMBO J. 2001, 20, 4414-22.
32. Cheyette, B. N.; Waxman, J. S.; Miller, J. R.; Takemaru, K.; Sheldahl, L. C.; Khlebtsova, N.; Fox, E. P.; Earnest, T.; Moon, R. T. Dev. Cell 2002, 2, 449-61.
33. Karthikeyan, S.; Leung, T.; Ladias, J. A. J. Biol. Chem. 2001, 276, 19683-6.
34. Im, Y. J.; Lee, J. H.; Park, S. H.; Park, S. J.; Rho, S. H.; Kang, G. B.; Kim, E.; Eom, S. H. J. Biol. Chem. 2003, 278, 48099-104.
35. Berendsen, H. J. C.; Vanderspoel, D.; Vandrunen, R. Comp. Phys. Commun. 1995, 91, 43-56.
36. Lindahl, E.; Hess, B.; van der Spoel, D. J. Mol. Mod. 2001, 7, 306-317.
37. Jorgensen, W. L.; Maxwell, D. S.; Tirado-Rives J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11225-11236.
38. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren, W. F.; Hermans, J. In Intermolecular forces; Pullman, B., Ed.; D. Reidel Publishing Company: Dordrecht, 1981; pp 331-342.
39. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren, W. F.; Di Nola, A.; Haak, J. R. J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684-3690.
40. Darden, T.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089-10092.
41. Essman, U.; Perera, L.; Berkowitz, M. L.; Darden, T.; Lee, H.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8577-8592.
42. Hess, B.; Bekker, H.; Berendsen, H. J. C.; Fraaije, J. G. E. M. J. Comput. Chem. 1997, 18, 1463-1472.
43. Kuhn, B.; Kollman, P. A. J. Med. Chem. 2000, 43, 3786-3791.
44. Massova, I.; Kollman, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 8133-8143.
45. Masukawa, K. M.; Kollman, P. A.; Kuntz, I. D. J. Med. Chem. 2003, 46, 5628-37.
46. Srinivasan, J.; Cheatham, T. E.; Cieplak, P.; Kollman, P. A.; Case, D. A. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 9401-9409.
47. Srinivasan, J.; Miller, J.; Kollman, P. A.; Case, D. A. J. Biomol. Struct. Dyn. 1998, 16, 671-82.
48. Wang, W.; Lim, W. A.; Jakalian, A.; Wang, J.; Luo, R.; Bayly, C. I.; Kollman, P. A. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 3986-94.
49. Wang, J.; Morin, P.; Wang, W.; Kollman, P. A. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 5221-30.
50. Gohlke, H.; Case, D. A. J. Comput. Chem. 2004, 25, 238-50.
51. Sitkoff, D.; Sharp, K. A.; Honig, B. J. Phys. Chem. 1994, 98, 1978-1988.
52. Sanner, M. F.; Olson, A. J.; Spehner, J. C. Biopolymers 1996, 38, 305-20.
53. Gilson, M. K.; Honig, B. Proteins 1988, 4, 7-18.
54. Honig, B.; Nicholls, A. Science 1995, 268, 1144-9.
55. Andricioaei, I.; Karplus, M. J. Chem. Phys. 2001, 115, 6289-6292.
56. Tidor, B.; Karplus, M. J. Mol. Biol. 1994, 238, 405-414.
57. Pohlmann, T.; Bockmann, R. A.; Grubmuller, H.; Uchanska-Ziegler, B.; Ziegler, A.; Alexiev, U. J. Biol. Chem. 2004, 279, 28197-201.
58. Swanson, J. M.; Henchman, R. H.; McCammon, J. A. Biophys. J. 2004, 86, 67-74.
59. Kang, B. S.; Cooper, D. R.; Jelen, F.; Devedjiev, Y.; Derewenda, U.; Dauter, Z.; Otlewski, J.; Derewenda, Z. S. Structure 2003, 11, 459-68.
60. Hall, R. A.; Ostedgaard, L. S.; Premont, R. T.; Blitzer, J. T.; Rahman, N.; Welsh, M. J.; Lefkowitz, R. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 8496-501.
61. Maudsley, S.; Zamah, A. M.; Rahman, N.; Blitzer, J. T.; Luttrell, L. M.; Lefkowitz, R. J.; Hall, R. A. Mol. Cell. Biol. 2000, 20, 8352-63.
62. Wang, S.; Raab, R. W.; Schatz, P. J.; Guggino, W. B.; Li, M. FEBS Lett. 1998, 427, 103-8.
63. Niethammer, M.; Valtschanoff, J. G.; Kapoor, T. M.; Allison, D. W.; Weinberg, T. M.; Craig, A. M.; Sheng, M. Neuron 1998, 20, 693-707.
64. Wong, H. C.; Bourdelas, A.; Krauss, A.; Lee, H. J.; Shao, Y.; Wu, D.; Mlodzik, M.; Shi, D. L.; Zheng, J. Mol. Cell. 2003, 12, 1251-60.
65. Miyamoto, S.; Kollman, P. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 8402-6.
66. Smith, B. J.; Colman, P. M.; Von Itzstein, M.; Danylec, B.; Varghese, J. N. Protein Sci. 2001, 10, 689-96.
67. Wang, W.; Kollman, P. A. J. Mol. Biol. 2000, 303, 567-82.
68. Lee, M. R.; Tsai, J.; Baker, D.; Kollman, P. A. J. Mol. Biol. 2001, 313, 417-30.
69. Suenaga, A.; Hatakeyama, M.; Ichikawa, M.; Yu, X.; Futatsugi, N.; Narumi, T.; Fukui, K.; Terada, T.; Taiji, M.; Shirouzu, M.; Yokoyama, S.; Konagaya, A. Biochemistry 2003, 42, 5195-200.
70. Sharp, K. A.; Honig, B. Annu. Rev. Biophys. Biophys. Chem. 1990, 19, 301-32.
71. Archontis, G.; Simonson, T. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 11047-56.
72. Laitinen, T.; Kankare, J. A.; Perakyla, M. Proteins 2004, 55, 34-43.
73. Harris, S. A.; Gavathiotis, E.; Searle, M. S.; Orozco, M.; Laughton, C. A. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12658-63.
74. Schlitter, J. Chem. Phys. Lett. 1993, 215, 617-621.
75. Schafer, H.; Daura, X.; Mark, A. E.; van Gunsteren, W. F. Proteins 2001, 43, 45-56.
76. Schafer, H.; Mark, A. E.; van Gunsteren, W. F. J. Chem. Phys. 2000, 113, 7809-7817.
77. Schafer, H.; Smith, L. J.; Mark, A. E.; van Gunsteren, W. F. Proteins 2002, 46, 215-24.
78. Hess, B. Phys. Rev. E 2002, 65, 031910.
79. Steinberg, I. Z.; Scheraga, H. A. J. Biol. Chem. 1963, 238, 172-81.
80. Kuntz, I. D.; Chen, K.; Sharp, K. A.; Kollman, P. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 9997-10002.
81. Froloff, N.; Windemuth, A.; Honig, B. Protein Sci. 1997, 6, 1293-301.
82. Jayaram, B.; McConnell, K.; Dixit, S. B.; Das, A.; Beveridge, D. L. J. Comput. Chem. 2002, 23, 1-14.
83. Chong, L. T.; Duan, Y.; Wang, L.; Massova, I.; Kollman, P. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 14330-5.
84. Lee, L. P.; Tidor, B. Nat. Strucl. Biol. 2001, 8, 73-6.
85. Sheinerman, F. B.; Honig, B. J. Mol. Biol. 2002, 318, 161-77.
86. Harris, B. Z.; Lau, F. W.; Fujii, N.; Guy, R. K.; Lim, W. A. Biochemistry 2003, 42, 2797-805.
87. Wiedemann, U.; Boisguerin, P.; Leben, R.; Leitner, D.; Krause, G.; Moelling, K.; Volkmer-Engert, R.; Osehkinat, H. J. Mol. Biol. 2004, 343, 703-18.
88. Hendsch, Z. S.; Nohaile, M. J.; Sauer, R. T.; Tidor, B. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 1264-5.
89. Hendsch, Z. S.; Tidor, B. Protein Sci. 1994, 3, 211-26.
90. Hendsch, Z. S.; Tidor, B. Protein Sci. 1999, 8, 1381-92.
91. Sindelar, C. V.; Hendsch, Z. S.; Tidor, B. Protein Sci. 1998, 7, 1898-914.
92. Humphrey, W.; Dalke, A.; Schulten, K. J. Mol. Graph. 1996, 14, 33-8, 27-8.
93. Karthikeyan, S.; Leung, T.; Birrane, G.; Webster, G.; Ladias, J. A. J. Mol. Biol. 2001, 308, 963-73.
94. Im, Y. J.; Park, S. H.; Rho, S. H.; Lee, J. H.; Kang, G. B.; Sheng, M.; Kim, E.; Eom, S. H. J. Biol. Chem. 2003, 278, 8501-7.