Benefits of structural genomics for drug discovery research

Infectious Disorders - Drug Targets

Volumn 9, Issue 5, 2009, Pages 459-474

  Grabowski, Marek ^a,b   Chruszcz, Maksymilian ^a,b   Zimmerman, Matthew D ^a,b   Kirillova, Olga ^a,b   Minor, Wladek ^a,b  

^a UNIVERSITY OF VIRGINIA   (United States)

^b UNIVERSITY OF VIRGINIA   (United States)

Author keywords

Drug discovery; Infectious disease; Protein small molecule complexes; Structural genomics; Structure determination

Indexed keywords

DIPEPTIDYL PEPTIDASE; LIGAND; PROTEIN KINASE;

CRYSTALLIZATION; DRUG DEVELOPMENT; DRUG TARGETING; HIGH THROUGHPUT SCREENING; HUMAN; MACROMOLECULE; MICROBIAL GENETICS; MOLECULAR CLONING; NONHUMAN; PROTEIN BINDING; PROTEIN EXPRESSION; PROTEIN INTERACTION; PROTEIN MODIFICATION; PROTEIN PURIFICATION; PROTEIN STRUCTURE; PROTEIN TARGETING; REVIEW; STRUCTURAL GENOMICS; STRUCTURE ANALYSIS; X RAY CRYSTALLOGRAPHY;

COMPUTATIONAL BIOLOGY; DRUG DISCOVERY; GENOMICS; HUMANS; LIGANDS; MOLECULAR STRUCTURE; PROTEIN CONFORMATION; PROTEINS;

EID: 70349527641     PISSN: 18715265     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.2174/187152609789105704     Document Type: Review

References (89)

1. NIH Press Release. http://www.nigms.nih.gov/Initiatives/PSI/
2. Berman, H. M.; Westbrook, J. D.; Gabanyi, M. J.; Tao, W.; Shah, R.; Kouranov, A.; Schwede, T.; Arnold, K.; Kiefer, F.; Bordoli, L.; Kopp, J.; Podvinec, M.; Adams, P. D.; Carter, L. G.; Minor, W.; Nair, R.; La Baer, J. Nucleic Acids Res., 2009, 37, D365.
3. 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.
4. Berman, H.; Henrick, K.; Nakamura, H.; Markley, J. L. Nucleic Acids Res., 2007, 35, D301.
5. O'Toole, N.; Grabowski, M.; Otwinowski, Z.; Minor, W.; Cygler, M. Proteins, 2004, 56, 201.
6. Chandonia, J. M.; Brenner, S. E. Proteins, 2005, 58, 166.
7. Grabowski, M.; Joachimiak, A.; Otwinowski, Z.; Minor, W. Curr. Opin. Struct. Biol., 2007, 17, 347.
8. Liu, J.; Montelione, G. T.; Rost, B. Nat. Biotechnol., 2007, 25, 849.
9. Petsko, G. A. Genome Biol., 2007, 8, 107.
10. Ashburner, M.; Ball, C. A.; Blake, J. A.; Botstein, D.; Butler, H.; Cherry, J. M.; Davis, A. P.; Dolinski, K.; Dwight, S. S.; Eppig, J. T.; Harris, M. A.; Hill, D. P.; Issel-Tarver, L.; Kasarskis, A.; Lewis, S.; Matese, J. C.; Richardson, J. E.; Ringwald, M.; Rubin, G. M.; Sherlock, G. Nat. Genet., 2000, 25, 25.
11. Finn, R. D.; Tate, J.; Mistry, J.; Coggill, P. C.; Sammut, S. J.; Hotz, H. R.; Ceric, G.; Forslund, K.; Eddy, S. R.; Sonnhammer, E. L.; Bateman, A. Nucleic Acids Res, 2008, 36, D281.
12. Congreve, M.; Murray, C. W.; Blundell, T. L. Drug Discov. Today, 2005, 10, 895.
13. Scapin, G. Curr. Pharm. Des., 2006, 12, 2087.
14. Sheahan, K. L.; Cordero, C. L.; Satchell, K. J. EMBO J., 2007, 26, 2552.
15. Chiba, T.; Li, Y. H.; Yamane, T.; Ogikubo, O.; Fukuoka, M.; Arai, R.; Takahashi, S.; Ohtsuka, T.; Ohkubo, I.; Matsui, N. Peptides, 2003, 24, 773.
16. Barsun, M.; Jajcanin, N.; Vukelic, B.; Spoljaric, J.; Abramic, M. Biol. Chem., 2007, 388, 343.
17. Liu, Y.; Kern, J. T.; Walker, J. R.; Johnson, J. A.; Schultz, P. G.; Luesch, H. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2007, 104, 5205-5210.
18. Maresso, A. W.; Wu, R.; Kern, J. W.; Zhang, R.; Janik, D.; Missiakas, D. M.; Duban, M. E.; Joachimiak, A.; Schneewind, O. J. Biol. Chem., 2007, 282, 23129.
19. Zhang, R.; Wu, R.; Joachimiak, G.; Mazmanian, S. K.; Missiakas, D. M.; Gornicki, P.; Schneewind, O.; Joachimiak, A. Structure, 2004, 12, 1147.
20. Nocek, B.; Mulligan, R.; Bargassa, M.; Collart, F.; Joachimiak, A. Proteins, 2008, 70, 273.
21. Terwilliger, T. C.; Park, M. S.; Waldo, G. S.; Berendzen, J.; Hung, L. W.; Kim, C. Y.; Smith, C. V.; Sacchettini, J. C.; Bellinzoni, M.; Bossi, R.; De Rossi, E.; Mattevi, A.; Milano, A.; Riccardi, G.; Rizzi, M.; Roberts, M. M.; Coker, A. R.; Fossati, G.; Mascagni, P.; Coates, A. R.; Wood, S. P.; Goulding, C. W.; Apostol, M. I.; Anderson, D. H.; Gill, H. S.; Eisenberg, D. S.; Taneja, B.; Mande, S.; Pohl, E.; Lamzin, V.; Tucker, P.; Wilmanns, M.; Colovos, C.; Meyer-Klaucke, W.; Munro, A. W.; McLean, K. J.; Marshall, K. R.; Leys, D.; Yang, J. K.; Yoon, H. J.; Lee, B. I.; Lee, M. G.; Kwak, J. E.; Han, B. W.; Lee, J. Y.; Baek, S. H.; Suh, S. W.; Komen, M. M.; Arcus, V. L.; Baker, E. N.; Lott, J. S.; Jacobs, W., Jr.; Alber, T.; Rupp, B. Tuberculosis (Edinb), 2003, 83, 223.
22. Arcus, V. L.; Lott, J. S.; Johnston, J. M.; Baker, E. N. Drug Discov. Today, 2006, 11, 28.
23. Murillo, A. C.; Li, H. Y.; Alber, T.; Baker, E. N.; Berger, J. M.; Cherney, L. T.; Cherney, M. M.; Cho, Y. S.; Eisenberg, D.; Garen, C. R.; Goulding, C. W.; Hung, L. W.; Ioerger, T. R.; Jacobs, W. R.; James, M. N.; Kim, C.; Krieger, I.; Lott, J. S.; Sankaranarayanan, R.; Segelke, B. W.; Terwilliger, T. C.; Wang, F.; Wang, S.; Sacchettini, J. C. Infect. Disord. Drug Targets, 2007, 7, 127.
24. Baker, E. N. J. Struct Funct. Genomics., 2007, 8, 57.
25. Fan, E.; Baker, D.; Fields, S.; Gelb, M. H.; Buckner, F. S.; Van Voorhis, W. C.; Phizicky, E.; Dumont, M.; Mehlin, C.; Grayhack, E.; Sullivan, M.; Verlinde, C.; Detitta, G.; Meldrum, D. R.; Merritt, E. A.; Earnest, T.; Soltis, M.; Zucker, F.; Myler, P. J.; Schoenfeld, L.; Kim, D.; Worthey, L.; Lacount, D.; Vignali, M.; Li, J.; Mondal, S.; Massey, A.; Carroll, B.; Gulde, S.; Luft, J.; Desoto, L.; Holl, M.; Caruthers, J.; Bosch, J.; Robien, M.; Arakaki, T.; Holmes, M.; Le Trong, I.; Hol, W. G. Methods Mol. Biol., 2008, 426, 497.
26. Gileadi, O.; Knapp, S.; Lee, W. H.; Marsden, B. D.; Muller, S.; Niesen, F. H.; Kavanagh, K. L.; Ball, L. J.; von Delft, F.; Doyle, D. A.; Oppermann, U. C.; Sundstrom, M. J. Struct. Funct. Genomics., 2007, 8, 107.
27. Edwards, A. Drug Discov. Today, 2008, 13, 731.
28. Dufe, V. T.; Qiu, W.; Muller, I. B.; Hui, R.; Walter, R. D.; Al-Karadaghi, S. J. Mol. Biol., 2007, 373, 167.
29. Wishart, D. S.; Knox, C.; Guo, A. C.; Shrivastava, S.; Hassanali, M.; Stothard, P.; Chang, Z.; Woolsey, J. Nucleic Acids Res., 2006, 34, D668.
30. PSI Material Repository. http://www.hip.harvard.edu/PSIMR/
31. BEI Resources. http://www.beiresources.org
32. Graslund, S.; Nordlund, P.; Weigelt, J.; Hallberg, B. M.; Bray, J.; Gileadi, O.; Knapp, S.; Oppermann, U.; Arrowsmith, C.; Hui, R.; Ming, J.; dhe-Paganon, S.; Park, H. W.; Savchenko, A.; Yee, A.; Edwards, A.; Vincentelli, R.; Cambillau, C.; Kim, R.; Kim, S. H.; Rao, Z.; Shi, Y.; Terwilliger, T. C.; Kim, C. Y.; Hung, L. W.; Waldo, G. S.; Peleg, Y.; Albeck, S.; Unger, T.; Dym, O.; Prilusky, J.; Sussman, J. L.; Stevens, R. C.; Lesley, S. A.; Wilson, I. A.; Joachimiak, A.; Collart, F.; Dementieva, I.; Donnelly, M. I.; Eschenfeldt, W. H.; Kim, Y.; Stols, L.; Wu, R.; Zhou, M.; Burley, S. K.; Emtage, J. S.; Sauder, J. M.; Thompson, D.; Bain, K.; Luz, J.; Gheyi, T.; Zhang, F.; Atwell, S.; Almo, S. C.; Bonanno, J. B.; Fiser, A.; Swaminathan, S.; Studier, F. W.; Chance, M. R.; Sali, A.; Acton, T. B.; Xiao, R.; Zhao, L.; Ma, L. C.; Hunt, J. F.; Tong, L.; Cunningham, K.; Inouye, M.; Anderson, S.; Janjua, H.; Shastry, R.; Ho, C. K.; Wang, D.; Wang, H.; Jiang, M.; Montelione, G. T.; Stuart, D. I.; Owens, R. J.; Daenke, S.; Schutz, A.; Heinemann, U.; Yokoyama, S.; Bussow, K.; Gunsalus, K. C. Nat. Methods, 2008, 5, 135.
33. Stols, L.; Gu, M.; Dieckman, L.; Raffen, R.; Collart, F. R.; Donnelly, M. I. Protein Expr. Purif., 2002, 25, 8.
34. Donnelly, M. I.; Zhou, M.; Millard, C. S.; Clancy, S.; Stols, L.; Eschenfeldt, W. H.; Collart, F. R.; Joachimiak, A. Protein Expr. Purif., 2006, 47, 446.
35. Klock, H. E.; Koesema, E. J.; Knuth, M. W.; Lesley, S. A. Proteins, 2008, 71, 982.
36. Kapust, R. B.; Tozser, J.; Fox, J. D.; Anderson, D. E.; Cherry, S.; Copeland, T. D.; Waugh, D. S. Protein Eng., 2001, 14, 993.
37. Kim, Y.; Dementieva, I.; Zhou, M.; Wu, R.; Lezondra, L.; Quartey, P.; Joachimiak, G.; Korolev, O.; Li, H.; Joachimiak, A. J. Struct. Funct. Genomics, 2004, 5, 111.
38. Pedelacq, J. D.; Piltch, E.; Liong, E. C.; Berendzen, J.; Kim, C. Y.; Rho, B. S.; Park, M. S.; Terwilliger, T. C.; Waldo, G. S. Nat. Biotechnol., 2002, 20, 927.
39. Bursey, E. H.; Kim, C. Y.; Yu, M.; Terwilliger, T. C.; Hung, L. W. J. Struct. Funct. Genomics, 2006, 7, 139.
40. Esposito, D.; Chatterjee, D. K. Curr. Opin. Biotechnol., 2006, 17, 353.
41. Maxwell, K. L.; Bona, D.; Liu, C.; Arrowsmith, C. H.; Edwards, A. M. Protein Sci., 2003, 12, 2073.
42. Cowieson, N. P.; Wensley, B.; Listwan, P.; Hume, D. A.; Kobe, B.; Martin, J. L. Proteomics, 2006, 6, 1750.
43. Stols, L.; Zhou, M.; Eschenfeldt, W. H.; Millard, C. S.; Abdullah, J.; Collart, F. R.; Kim, Y.; Donnelly, M. I. Protein Expr. Purif., 2007, 53, 396.
44. Strong, M.; Sawaya, M. R.; Wang, S.; Phillips, M.; Cascio, D.; Eisenberg, D. Proc Natl. Acad. Sci. USA, 2006, 103, 8060.
45. Hozjan, V.; Guo, K.; Wu, X.; Oppermann, U. Expert Rev. Proteomics, 2008, 5, 137.
46. Page, R. Methods Mol. Biol., 2008, 426, 345.
47. McPherson, A.; Cudney, B. J. Struct Biol., 2006, 156, 387.
48. Chruszcz, M.; Zimmerman, M. D.; Wang, S. R.; Koclega, K. D.; Zheng, H.; Evdokimova, E.; Kudritska, M.; Cymborowski, M.; Savchenko, A.; Edwards, A.; Minor, W. Crystal Growth Des., 2008, 8, 4054.
49. Senisterra, G. A.; Soo Hong, B.; Park, H. W.; Vedadi, M. J. Biomol. Screen., 2008, 13, 337.
50. Price, W. N., 2nd; Chen, Y.; Handelman, S. K.; Neely, H.; Manor, P.; Karlin, R.; Nair, R.; Liu, J.; Baran, M.; Everett, J.; Tong, S. N.; Forouhar, F.; Swaminathan, S. S.; Acton, T.; Xiao, R.; Luft, J. R.; Lauricella, A.; DeTitta, G. T.; Rost, B.; Montelione, G. T.; Hunt, J. F. Nat. Biotechnol., 2009, 27, 51.
51. Page, R.; Peti, W.; Wilson, I. A.; Stevens, R. C.; Wuthrich, K. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2005, 102, 1901.
52. Banatao, D. R.; Cascio, D.; Crowley, C. S.; Fleissner, M. R.; Tienson, H. L.; Yeates, T. O. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2006, 103, 16230.
53. Slabinski, L.; Jaroszewski, L.; Rodrigues, A. P.; Rychlewski, L.; Wilson, I. A.; Lesley, S. A.; Godzik, A. Protein Sci., 2007, 16, 2472.
54. Page, R.; Grzechnik, S. K.; Canaves, J. M.; Spraggon, G.; Kreusch, A.; Kuhn, P.; Stevens, R. C.; Lesley, S. A. Acta. Crystallogr. D. Biol. Crystallogr., 2003, 59, 1028.
55. Kimber, M. S.; Vallee, F.; Houston, S.; Necakov, A.; Skarina, T.; Evdokimova, E.; Beasley, S.; Christendat, D.; Savchenko, A.; Arrowsmith, C. H.; Vedadi, M.; Gerstein, M.; Edwards, A. M. Proteins, 2003, 51, 562.
56. Walter, T. S.; Meier, C.; Assenberg, R.; Au, K. F.; Ren, J.; Verma, A.; Nettleship, J. E.; Owens, R. J.; Stuart, D. I.; Grimes, J. M. Structure, 2006, 14, 1617.
57. Kim, Y.; Quartey, P.; Li, H.; Volkart, L.; Hatzos, C.; Chang, C.; Nocek, B.; Cuff, M.; Osipiuk, J.; Tan, K.; Fan, Y.; Bigelow, L.; Maltseva, N.; Wu, R.; Borovilos, M.; Duggan, E.; Zhou, M.; Binkowski, T. A.; Zhang, R. G.; Joachimiak, A. Nat. Methods, 2008, 5, 853.
58. Dong, A.; Xu, X.; Edwards, A. M.; Chang, C.; Chruszcz, M.; Cuff, M.; Cymborowski, M.; Di Leo, R.; Egorova, O.; Evdokimova, E.; Filippova, E.; Gu, J.; Guthrie, J.; Ignatchenko, A.; Joachimiak, A.; Klostermann, N.; Kim, Y.; Korniyenko, Y.; Minor, W.; Que, Q.; Savchenko, A.; Skarina, T.; Tan, K.; Yakunin, A.; Yee, A.; Yim, V.; Zhang, R.; Zheng, H.; Akutsu, M.; Arrowsmith, C.; Avvakumov, G. V.; Bochkarev, A.; Dahlgren, L. G.; Dhe-Paganon, S.; Dimov, S.; Dombrovski, L.; Finerty, P., Jr.; Flodin, S.; Flores, A.; Graslund, S.; Hammerstrom, M.; Herman, M. D.; Hong, B. S.; Hui, R.; Johansson, I.; Liu, Y.; Nilsson, M.; Nedyalkova, L.; Nordlund, P.; Nyman, T.; Min, J.; Ouyang, H.; Park, H. W.; Qi, C.; Rabeh, W.; Shen, L.; Shen, Y.; Sukumard, D.; Tempel, W.; Tong, Y.; Tresagues, L.; Vedadi, M.; Walker, J. R.; Weigelt, J.; Welin, M.; Wu, H.; Xiao, T.; Zeng, H.; Zhu, H. Nat. Methods, 2007, 4, 1019.
59. Derewenda, Z. S.; Vekilov, P. G. Acta Crystallogr. D. Biol. Crystallogr., 2006, 62, 116.
60. Chruszcz, M.; Wlodawer, A.; Minor, W. Biophys. J., 2008, 95, 1.
61. Holton, J., Teaching Elves to Collect Data: An Analysis of the Last Million Diffraction Images from ALS 8.3.1. In Annual Meeting of the American Crystallographic Association Orlando, FL, USA, 2005.
62. Minor, W.; Cymborowski, M.; Otwinowski, Z.; Chruszcz, M. Acta.Crystallogr. D. Biol. Crystallogr., 2006, 62, 859.
63. Todd, A. E.; Marsden, R. L.; Thornton, J. M.; Orengo, C. A. J. Mol. Biol., 2005, 348, 1235.
64. Brown, E. N.; Ramaswamy, S. Acta Crystallogr. D. Biol. Crystallogr., 2007, 63, 941.
65. Emsley, P.; Cowtan, K. Acta Crystallogr. D. Biol. Crystallogr., 2004, 60, 2126.
66. Davis, I. W.; Leaver-Fay, A.; Chen, V. B.; Block, J. N.; Kapral, G. J.; Wang, X.; Murray, L. W.; Arendall, W. B., 3rd; Snoeyink, J.; Richardson, J. S.; Richardson, D. C. Nucleic Acids Res., 2007, 35, W375.
67. Davis, I. W.; Murray, L. W.; Richardson, J. S.; Richardson, D. C. Nucleic Acids. Res., 2004, 32, W615.
68. Kleywegt, G. J.; Harris, M. R. Acta. Crystallogr. D. Biol. Crystallogr., 2007, 63, 935.
69. Sobolev, V.; Sorokine, A.; Prilusky, J.; Abola, E. E.; Edelman, M. Bioinformatics, 1999, 15, 327.
70. Lutteke, T. Acta Crystallogr. D. Biol. Crystallogr., 2009, 65, 156.
71. Zheng, H.; Chruszcz, M.; Lasota, P.; Lebioda, L.; Minor, W. J. Inorg. Biochem., 2008, 102, 1765.
72. Laskowski, R. A.; Chistyakov, V. V.; Thornton, J. M. Nucleic Acids Res., 2005, 33, D266.
73. Loewenstein, Y.; Raimondo, D.; Redfern, O. C.; Watson, J.; Frishman, D.; Linial, M.; Orengo, C.; Thornton, J.; Tramontano, A. Genome Biol., 2009, 10, 207.
74. Laskowski, R. A.; Watson, J. D.; Thornton, J. M. Nucleic Acids Res., 2005, 33, W89.
75. Hodis, E.; Prilusky, J.; Martz, E.; Silman, I.; Moult, J.; Sussman, J. L. Genome Biol., 2008, 9, R121.
76. Martz, E. Biopolymers, 2009, 92, 76.
77. Abagyan, R.; Lee, W. H.; Raush, E.; Budagyan, L.; Totrov, M.; Sundstrom, M.; Marsden, B. D. Trends Biochem. Sci., 2006, 31, 76.
78. Allen, F. H. Acta Crystallogr. B., 2002, 58, 380.
79. Koclega, K. D.; Chruszcz, M.; Zimmerman, M. D.; Cymborowski, M.; Evdokimova, E.; Minor, W. J. Struct. Biol., 2007, 159, 424.
80. Moult, J. Curr. Opin. Struct. Biol., 2005, 15, 285.
81. Moult, J.; Fidelis, K.; Rost, B.; Hubbard, T.; Tramontano, A. Proteins, 2005, 61 (Suppl 7), 3.
82. Dennis, B.; O'Harrow, J. A. Washington Post, 2008, Dec. 30, A01.
83. Pajon, A.; Ionides, J.; Diprose, J.; Fillon, J.; Fogh, R.; Ashton, A. W.; Berman, H.; Boucher, W.; Cygler, M.; Deleury, E.; Esnouf, R.; Janin, J.; Kim, R.; Krimm, I.; Lawson, C. L.; Oeuillet, E.; Poupon, A.; Raymond, S.; Stevens, T.; van Tilbeurgh, H.; Westbrook, J.; Wood, P.; Ulrich, E.; Vranken, W.; Xueli, L.; Laue, E.; Stuart, D. I.; Henrick, K. Proteins, 2005, 58, 278.
84. Fogh, R. H.; Boucher, W.; Vranken, W. F.; Pajon, A.; Stevens, T. J.; Bhat, T. N.; Westbrook, J.; Ionides, J. M.; Laue, E. D. Bioinformatics, 2005, 21, 1678.
85. Haquin, S.; Oeuillet, E.; Pajon, A.; Harris, M.; Jones, A. T.; van Tilbeurgh, H.; Markley, J. L.; Zolnai, Z.; Poupon, A. Methods Mol. Biol., 2008, 426, 49.
86. Zolnai, Z.; Lee, P. T.; Li, J.; Chapman, M. R.; Newman, C. S.; Phillips, G. N., Jr.; Rayment, I.; Ulrich, E. L.; Volkman, B. F.; Markley, J. L. J. Struct. Funct. Genomics, 2003, 4, 11.
87. Prilusky, J.; Oueillet, E.; Ulryck, N.; Pajon, A.; Bernauer, J.; Krimm, I.; Quevillon-Cheruel, S.; Leulliot, N.; Graille, M.; Liger, D.; Tresaugues, L.; Sussman, J. L.; Janin, J.; van Tilbeurgh, H.; Poupon, A. Acta. Crystallogr. D. Biol. Crystallogr., 2005, 61, 671.
88. Zimmerman, M. D.; Chruszcz, M.; Koclega, K.; Otwinowski, Z.; Minor, W. Acta Crystallogr. A., 2005, 61, C178.
89. Chen, L.; Oughtred, R.; Berman, H. M.; Westbrook, J. Bioinformatics, 2004, 20, 2860.