Design of a functional membrane protein by engineering a heme-binding site in glycophorin A

Journal of the American Chemical Society

Volumn 129, Issue 3, 2007, Pages 512-518

  Cordova, Jeanine M ^a   Noack, Pamela L ^a   Hilcove, Simon A ^a   Lear, James D ^b   Ghirlanda, Giovanna ^a  

^a ARIZONA STATE UNIVERSITY   (United States)

^b UNIVERSITY OF PENNSYLVANIA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DODECYL PHOSPHOCHOLIN (DPC); GLYCOPHORIN A; MEMBRANE PROTEIN; TRANSMEMBRANE HELIX;

AMINO ACIDS; CELL MEMBRANES; MICELLES; SPECTROSCOPIC ANALYSIS;

PROTEINS;

2,2',5,5' TETRAMETHYLBENZIDINE; AMINO ACID; BENZIDINE DERIVATIVE; DODECYLPHOSPHORYLCHOLINE; GLYCOPHORIN A; HEME; HYDROGEN PEROXIDE; MEMBRANE PROTEIN; UNCLASSIFIED DRUG;

ARTICLE; BINDING AFFINITY; BINDING SITE; CATALYSIS; CIRCULAR DICHROISM; DIMERIZATION; GEL ELECTROPHORESIS; HYDROPHOBICITY; MICELLE; MOLECULAR MODEL; OXIDATION REDUCTION POTENTIAL; PROTEIN ENGINEERING; PROTEIN SECONDARY STRUCTURE; ULTRACENTRIFUGATION; ULTRAVIOLET SPECTROSCOPY;

AMINO ACID SEQUENCE; BINDING SITES; ELECTROPHORESIS, POLYACRYLAMIDE GEL; GLYCOPHORIN; HEME; HISTIDINE; HYDROPHOBICITY; MEMBRANE PROTEINS; MOLECULAR SEQUENCE DATA; PHOSPHATIDYLCHOLINES; PROTEIN CONFORMATION; SPECTRUM ANALYSIS; TIME FACTORS; ULTRACENTRIFUGATION;

EID: 33846436807     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja057495i     Document Type: Article

References (71)

1. Lombardi, A.; Nastri, F.; Pavone, V. Chem. Rev. 2001, 101, 3165-3189.
2. Rau, H. K.; DeJonge, N.; Haehnel, W. Angew. Chem. Int., Ed. 2000, 39, 250-253.
3. Rau, H. K.; Haehnel, W. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 468-476.
4. Rojas, N. R.; Kamtekar, S.; Simons, C. T.; McLean, J. E.; Vogel, K. M.; Spiro, T. G.; Farid, R. S.; Hecht, M. H. Protein Sci. 1997, 6, 2512-2524.
5. Reedy, C. J.; Gibney, B. R. Chem. Rev. 2004, 104, 617-649.
6. Moffet, D. A.; Hecht, M. H. Chem. Rev. 2001, 101, 3191-3203.
7. Obataya, I.; Kotaki, T.; Sakamoto, S.; Ueno, A.; Mihara, H. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2000, 10, 2719-2722.
8. 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.
9. Shifman, J. M.; Gibney, B. R.; Sharp, R. E.; Dutton, P. L. Biochemistry 2000, 59, 14813-14821.
10. Gibney, B. R.; Huang, S. S.; Skalicky, J. J.; Fuentes, E. J.; Wand, A. J.; Dutton, P. L. Biochemistry 2001, 40, 10550-10561.
11. Ghirlanda, G.; Osyczka, A.; Liu, W.; Antolovich, M.; Smith, K. M.; Dutton, P. L.; Wand, A. J.; DeGrado, W. F. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 8141-8147.
12. Sakamoto, S.; Ueno, A.; Mihara, H. Chem. Commun. 1998, 1073-1074.
13. Sakamoto, S.; Obataya, I.; Ueno, A.; Mihara, H. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2 1999, 2059-2069.
14. Rosenblatt, M. M.; Huffman, D. L.; Wang, X.; Remitier, H. A.; Suslick, K. S. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 12394-12395.
15. Huffman, D. L.; Suslick, K. S. Inorg. Chem. 2000, 39, 5418-5419.
16. Liu, D. L.; Williamson, D. A.; Kennedy, M. L.; Williams, T. D.; Morton, M. M.; Benson, D. R. J. Am. Chem. Soc. 1998, 121, 11798.
17. Benson, D. R.; Hart, B. R.; Zhou, X.; Doughty, M. B. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 8502.
18. Nastri, F.; Lombardi, A.; Morelli, G.; Maglio, O.; DAuria, G.; Pedone, C.; Pavone, V. Chem.-Eur. J. 1997, 3, 340-349.
19. Lombardi, A.; Nastri, F.; Marasco, D.; Maglio, O.; De, Sanctis, G.; Sinibaldi, F.; Santucci, R.; Coletta, M.; Pavone, V. Chemistry 2003, 9, 5643-5654.
20. Arai, T.; Tsukuni, A.; Kawazu, K.; Aoi, H.; Hamada, T.; Nishino, N. J. Chem. Soc., Parkin Trans. 2 2000, 1381-1390.
21. Arai, T.; Kobata, K.; Mihara, H.; Fujimoto, T.; Nishino, N. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1995, 68, 1989-1998.
22. Akerfeldt, K. S.; Kim, R. M.; Camac, D.; Groves, J. T.; Lear, J. D.; Degrado, W. F. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 9656-9657.
23. Discher, B. M.; Koder, R. L.; Moser, C. C.; Dutton, P. L. Curr. Opin. Chem. Biol. 2003, 7, 741-748.
24. Discher, B. M.; Noy, D.; Strzalka, J.; Ye, S.; Moser, C. C.; Lear, J. D.; Blasie, J. K.; Dutton, P. L. Biochemistry 2005, 44, 12329-12343.
25. Ubarretxena-Belandia, I.; Engelman, D. M. Curr. Opin. Struct. Biol. 2001, 11, 370-376.
26. DeGrado, W. F.; Gratkowski, H.; Lear, J. D. Protein Sci. 2003, 12, 647-665.
27. Wilson, J. R.; Caruana, D. J.; Gilardi, G. Chem. Commun. 2003, 356-357.
28. Qi, D.; Tann, C. M.; Haring, D.; Distefano, M. D. Chem. Rev. 2001, 101, 3081-3111.
29. Tann, C. M.; Qi, D.; Distefano, M. D. Curr. Opin. Chem. Biol. 2001, 5, 696-704.
30. Levine, H. L.; Nakagawa, Y.; Kaiser, E. T. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1977, 76, 64-70.
31. Lu, Y.; Valentine, J. S. Curr. Opin. Struct. Biol. 1997, 7, 495-500.
32. Lu, Y.; Berry, S. M.; Pfister, T. D. Chem. Rev. 2001, 101, 3047-3080.
33. Hellinga, H. W. Curr. Biol. 1998, 3, R1-R8.
34. Benson, D. E.; Wisz, M. S.; Hellinga, H. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 6292-6297.
35. Dwyer, M. A.; Looger, L. L.; Hellinga, H. W. Science 2004, 304, 1967-1971.
36. Lemmon, M. A.; Flanagan, J. M.; Treutlein, H. R.; Zhang, J.; Engelman, D. M. Biochemistry 1992, 31, 12719-12725.
37. Flemins, K. G.; Ackerman, A. L.; Engelman, D. M. J. Mol. Biol. 1997, 272, 266-275.
38. Fleming, K. G.; Engelman, D. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A 2001, 98, 14340-14344.
39. Smith, S. O.; Song, D.; Shekar, S.; Groesbeek, M.; Ziliox, M.; Aimoto, S. Biochemistry 2001, 40, 6553-6558.
40. MacKenzie, K. R.; Prestegard, J. H.; Engelman, D. M. J. Biomol. NMR 1996, 7, 256-260.
41. MacKenzie, K. R.; Prestegard, J. H.; Engelman, D. M. Science 1997, 276, 131-133.
42. Lemmon, M. A.; Flanagan, J. M.; Hunt, J. F.; Adair, B. D.; Bormann, B. J.; Dempsey, C. F.; Engelman, D. M. J. Biol. Chem. 1992, 267, 7683-7689.
43. Russ, W. P.; Engelman, D. M. J. Mol. Biol. 2000, 296, 911-919.
44. Huang, S. S.; Koder, R. L.; Lewis, M.; Wand, A. J.; Dutton, P. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 5536-5541.
45. Walker, F. A. Chem. Rev. 2004, 104, 589-616.
46. Gibney, B. R.; Rabanal, F.; Reddy, K. S.; Dutton, P. L. Biochemistry 1998, 37, 4635-4643.
47. Moffet, D. A.; Foley, J.; Hecht, M. H. Biophvs. Chem. 2003, 105, 231-239.
48. Rosenblatt, M. M.; Wang, J.; Suslick, K. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A 2003, 100, 13140-13145.
49. Zhou, F. X.; Cocco, M. J.; Russ, W. P.; Brunger, A. T.; Engelman, D. M. Nat. Struct. Biol. 2000, 7, 154-160.
50. Choma, C.; Gratkowski, H.; Lear, J. D.; DeGrado, W. F. Nat. Struct. Biol. 2000, 7, 161-166.
51. Gratkowski, H.; Dai, Q. H.; Wand, A. J.; DeGrado, W. F.; Lear, J. D. Biophys. J. 2002, 83, 1613-1619.
52. Tanford, C.; Reynolds, J. A. Biochim. Biophys. Acta 1976, 457, 133-170.
53. Tanford, C.; Nozaki, Y.; Reynolds, J. A.; Makino, S. Biochemistry 1974, 13, 2369-2376.
54. Popot, J. L.; Engelman, D. M. Annu. Rev. Biochem. 2000, 69, 881-922.
55. White, S. H.; Wimley, W. C. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 1999, 28, 319-365.
56. Myer, Y. P.; Pande, A. In The Porphyrins; Dolphin, D., Ed.; Academic Press: New York, 1978; pp 271-322
57. Dutton, P. L. Methods Enzymol. 1978, 54, 411-435.
58. Osyczka, A.; Moser, C. C.; Daldal, F.; Dutton, P. L. Nature 2004, 427, 607-612.
59. Darrouzet, E.; Moser, C. C.; Dutton, P. L.; Daldal, F. TiBS 2001, 26, 445-451.
60. Ye, S.; Discher, B. M.; Strzalka, J.; Xu, T.; Wu, S. P.; Noy, D.; Kuzmenko, I.; Gog, T.; Therien, M. J.; Dutton, P. L.; Blasie, J. K. Nano Lett. 2005, 5, 1658-1667.
61. Kennedy, M. L.; Silchenko, S.; Houndonougbo, N.; Gibney, B. R.; Dutton, P. L.; Rodgers, K. R.; Benson, D. R. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 4635-4636.
62. Dunford, H. B. In Peroxidases in Chemistry and Biology; Everse, J., Everse, K. E., Grisham, M. B., Eds.; CRC Press: Boca Raton, FL. 1991; Vol. II, pp 1-24.
63. Marquez, L. A.; Dunford, H. B. Biochemistry 1997, 36, 9349-9355.
64. Dunford, H. B. Heme Peroxidases; John Wiley and Sons. Inc: New York, 1999.
65. Moffet, D. A.; Certain, L. K.; Smith, A. J.; Kessel, A. J.; Beckwith, K. A.; Hecht, M. H. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 7612-7613.
66. Simplicio, J.; Schwenzer, K. Biochemistry 1973, 12, 1923-1929.
67. Simplicio, J. Biochemistry 1972, 11, 2525-2528.
68. Mazumdar, S.; Springs, S. L.; McLendon, G. L. Biophys. Chem. 2003, 105, 263-268.
69. Stouffer, A. L.; Nanda, V.; Lear, J. D.; DeGrado, W. F. J. Mol. Biol. 2005, 347, 169-179.
70. Kochendoerfer, G. G.; Salom, D.; Lear, J. D.; Wilk-Orescan, R.; Kent, S. B.; DeGrado, W. F. Biochemistry 1999, 38, 11905-11913.
71. Fisher, L. E.; Engelman, D. M.; Sturgis, J. N. J. Mol. Biol. 1999, 293, 639-651.