Engineering allosteric regulation into biological catalysts

ChemBioChem

Volumn 10, Issue 18, 2009, Pages 2824-2835

  Fastrez, Jacques ^a  

^a Laboratoire d'Ingénierie de Protéines et des Peptides   (Belgium)

Author keywords

Allosteric regulation; Biocatalysts; DNAzymes; Enzymes; Ribozymes

Indexed keywords

AMPICILLIN; ASPARTATE CARBAMOYLTRANSFERASE; BETA GALACTOSIDASE; DIHYDROFOLATE REDUCTASE; GLYCEROL KINASE; HEMOGLOBIN; LYSOZYME; MALTOSE; MALTOSE BINDING PROTEIN; MESSENGER RNA; UROKINASE; ZINC BINDING PROTEIN;

ALLOSTERISM; BINDING SITE; BIOCATALYST; BIOENGINEERING; BIOSYNTHESIS; DIRECTED MOLECULAR EVOLUTION; DNA SEQUENCE; ENZYME ACTIVATION; ENZYME BINDING; ENZYME INHIBITION; ENZYME MODIFICATION; ENZYME REGULATION; ENZYME SUBSTRATE; GENETIC RECOMBINATION; METAL BINDING; MUTATION; NONHUMAN; PRIORITY JOURNAL; REVIEW; RNA SEQUENCE;

ALLOSTERIC REGULATION; BINDING SITES; BIOCATALYSIS; ENZYMES; GENETIC ENGINEERING; LIGANDS; PROTEIN BINDING; PROTEIN ENGINEERING; RNA, CATALYTIC;

EID: 72949116573     PISSN: 14394227     EISSN: 14397633     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/cbic.200900590     Document Type: Review

References (98)

1. J. Monod, F. Jacob, Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. 1961, 26, 389 -401.
2. A. W. Fenton, Trends Biochem. Sci. 2008, 33, 420-425.
3. J. Kuriyan, D. Eisenberg, Nature 2007, 450, 983- 990.
4. J. Monod, J. Wyman, J.-P. Changeux, J. Mol. Biol. 1965, 12, 88- 118.
5. D. E. Koshland, G. Nemethy, D. Filmer, Biochemistry 1966, 5, 365 -385.
6. M. Eigen, Nobel Symp. 1967, 5, 333- 369.
7. A. Cooper, D. T. F. Dryden, Eur. Biophys. J. 1984, 11, 103 -109.
8. N. M. Goodey, S. J. Benkovic, Nat. Chem. Biol. 2008, 4, 474- 482.
9. Q. Cui, M. Karplus, Protein Sci. 2008, 17, 1295- 1307.
10. K. Gunasekaran, B. Ma, R. Nussinov, Proteins 2004, 57, 433- 443.
11. V. J. Hilser, D. Dowdy, T. G. Oas, E. Freire, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1998, 95, 9903 - 9908.
12. J. A. Hardy, J. A. Wells, Curr. Opin. Struct. Biol. 2004, 14, 706- 715.
13. G. M. Süel, S. W. Lockless, M. A. Wall, R. Ranganathan, Nat. Struct. Biol. 2003, 10, 59-69.
14. N. Ota, D. A. Agard, J. Mol. Biol. 2005, 351, 345 -354.
15. S. Brüschweiler, P. Schanda, K. Kloiber, B. Brutscher, G. Kontaxis, R. Konrat, M. Tollinger, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3063 - 3068.
16. G. P. Smith, V. A. Petrenko, Chem. Rev. 1997, 97, 391 -410.
17. H. K. Binz, P. Amstutz, A. Plückthun, Nat. Biotechnol. 2005, 23, 1257 -1268.
18. M. J. Fedor, Annu. Rev. Biophys. 2009, 38, 271- 299.
19. R. Fiammengo, A. Jäschke, Curr. Opin. Biotechnol. 2005, 16, 614 -621;.
20. T. R. Cech, Science 2000, 289, 878- 879.
21. W. N. Lipscomb in Adv. Enzymol. Relat. Areas Mol. Biol. Vol. 68 (Ed. A. Meister), Wiley, New York, 1994, pp. 67- 151.
22. M. E. Wales, L. L. Madison, S. S. Glaser, J. R. Wild, J. Mol. Biol. 1999, 294, 1387 -1400.
23. R. Cunin, C. S. Rani, F. Van Vliet, J. R. Wild, M. Wales, J. Mol. Biol. 1999, 294, 1401- 1411.
24. N. H. Komiyama, G. Miyazaki, J. Tame, K. Nagai, Nature 1995, 373, 244 -246.
25. A. C. Pawlyk, D. W. Pettigrew, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002, 99, 11115 -11120.
26. I. Luque, E. Freire, Proteins 2000, 4, 63- 71.
27. Q. D. Dang, E. Di Cera, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1996, 93, 10653 - 10656.
28. M. J. Page, C. J. Carrell, E. Di Cera, J. Mol. Biol. 2008, 378, 666 -672.
29. J. J. Perona, H. Hedstrom, W. J. Rutter, R. J. Fletterick, Biochemistry 1995, 34, 1489 -1499.
30. Y. Ikeda, N. Taniguchi, T. Noguchi, J. Biol. Chem. 2000, 275, 9150- 9156.
31. B. Santamaría, A. M. Estévez, O. H. Martínez-Costa, J. J. Aragón, J. Biol. Chem. 2002, 277, 1210- 1216.
32. M. K. Safo, T. Boyiri, J. C. Burnett, R. Danso-Danquah, C. M. Moure, G. S. Joshi, D. J. Abraham, Acta Crystallogr. 2002, D58, 634 -644.
33. C. Pargellis, L. Tong, L. Churchill, P. F. Cirillo, T. Gilmore, A. G. Graham, P. M. Grob, E. R. Hickey, N. Moss, S. Pav, J. Regan, Nat. Struct. Biol. 2002, 9, 268 -272.
34. S. H. Lawrence, U. D. Ramirez, L. Tang, F. Fazliyez, L. Kundrat, G. D. Markham, E. K. Jaffe, Chem. Biol. 2008, 15, 586 -596.
35. M. Matsumura, B. W. Matthews, Science 1989, 243, 792 -794.
36. J. N. Higaki, B. L. Haymore, S. Chen, R. J. Fletterick, C. S. Craik, Biochemistry 1990, 29, 8582- 8586.
37. M. E. McGrath, B. L. Haymore, N. L. Summers, C. S. Craik, R. J. Fletterick, Biochemistry 1993, 32, 1914 -1919.
38. T. Tanaka, Y. Kikuchi, H. Matsuzawa, T. Ohta, Biosci. Biotechnol. Biochem. 2000, 64, 2008 -2011.
39. M. F. Browner, D. Hackos, R. Fletterick, Nat. Struct. Biol. 1994, 1, 327 -333.
40. W. Mandecki, M. A. Shallcross, J. Sowadski, S. Tomazic-Allen, Protein Eng. 1991, 4, 801 -804.
41. C. A. Brennan, K. Christianson, M. A. La Fleur, W. Mandecki, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1995, 92, 5783 -5787.
42. A. Benito, J. X. Feliu, A. Villaverde, J. Biol. Chem. 1996, 271, 21251 -21256.
43. J. X. Feliu, E. Ramirez, A. Villaverde, FEBS Lett. 1998, 438, 267- 271 and corrigendum 2000, 473, 123.
44. N. Ferrer-Miralles, J. X. Feliu, S. Vandevuer, A. Müller, J. Cabrera-Crespo, I. Ortmans, F. Hoffmann, D. Cazorla, U. Rinas, M. Prévost, A. Villaverde, J. Biol. Chem. 2001, 276, 40087-40095.
45. G. E. Blouse, K. A. Bøtkjær, E. Deryugina, A. A. Byszuk, J. M. Jensen, K. K. Mortensen, J. P. Quigley, P. A. Andreasen, J. Biol. Chem. 2009, 284, 4647 -4657.
46. A. Saghatelian, K. M. Guckian, D. A. Thayer, M. R. Ghadiri, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 344 -345.
47. B. Kobe, B. E. Kemp, Nature 1999, 402, 373- 376.
48. M. S. Yousef, W. A. Baase, B. W. Matthews, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2004, 101, 11583 -11586.
49. M. M. G. Krishna, S. W. Englander, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005, 102, 1053 -1058.
50. J. Lee, M. Natarajan, V. C. Nashine, M. Socolich, T. Vo, W. P. Russ, S. J. Benkovic, R. Ranganathan, Science 2008, 322, 438- 442.
51. J. Fastrez, Mol. Biotechnol. 1997, 7, 37- 55.
52. D. Legendre, P. Soumillion, J. Fastrez, Nat. Biotechnol. 1999, 17, 67- 72.
53. D. Legendre, B. Vucic, V. Hougardy, A.-L. Girboux, C. Henrioul, J. Van Haute, P. Soumillion, J. Fastrez, Protein Sci. 2002, 11, 1506- 1518.
54. P. Mathonet, J. Deherve, P. Soumillion, J. Fastrez, Protein Sci. 2006, 15, 2323 -2334.
55. C. Hamers-Casterman, T. Atarhouch, S. Muyldermans, G. Robinson, C. Hamers, E. B. Songa, N. Bendahman, R. Hamers, Nature 1993, 363, 446 -448.
56. P. Mathonet, H. Barrios, P. Soumillion, J. Fastrez, Protein Sci. 2006, 15, 2335 -2343.
57. P.-Y. Savard, S. M. Gagné, Biochemistry 2006, 45, 11414 -11424.
58. G. Guntas, M. Ostermeier, J. Mol. Biol. 2004, 336, 263- 273.
59. G. Guntas, S. F. Mitchell, M. Ostermeier, Chem. Biol. 2004, 11, 1483 -1487.
60. J. R. Kim, M. Ostermeier, Arch. Biochem. Biophys. 2006, 446, 44 -51.
61. G. Guntas, T. J. Mansell, J. R. Kim, M. Ostermeier, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005, 102, 11224- 11229.
62. L. L. Looger, M. A. Dwyer, J. J. Smith, H. W. Hellinga, Nature 2003, 423, 185- 190.
63. J. S. Marvin, H. W. Hellinga, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2001, 98, 4955 -4960.
64. J. Liang, J. R. Kim, J. T. Boock, T. J. Mansell, M. Ostermeier, Protein Sci. 2007, 16, 929- 937.
65. W. R. Edwards, K. Busse, R. K. Allemann, D. D. Jones, Nucleic Acids Res. 2008, 36, e78.
66. H. Paulus, Annu. Rev. Biochem. 2000, 69, 447 -496.
67. A. R. Buskirk, Y.-C. Ong, Z. J. Gartner, D. R. Liu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2004, 101, 10505 -10510.
68. C. M. Yuen, S. J. Rodda, S. A. Vokes, A. P. McMahon, D. R. Liu, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 8939- 8946.
69. G. Skretas, D. W. Wood, Protein Sci. 2005, 14, 523 -532.
70. M. Famulok, J. S. Hartig, G. Mayer, Chem. Rev. 2007, 107, 3715 - 3743.
71. J. Liu, Z. Cao, Y. Lu, Chem. Rev. 2009, 109, 1948 -1998.
72. M. Sassanfar, J. W. Szostak, Nature 1993, 364, 550- 553.
73. T. Tuschl, F. Eckstein, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1993, 90, 6991- 6994.
74. D. M. Long, O. C. Uhlenbeck, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1994, 91, 6977 -6981.
75. J. Tang, R. R. Breaker, Chem. Biol. 1997, 4, 453 -459.
76. J. Tang, R. R. Breaker, Nucleic Acids Res. 1998, 26, 4214 -4221.
77. M. Araki, Y. Okuno, Y. Hara, Y. Sugiura, Nucleic Acids Res. 1998, 26, 3379 -3384.
78. G. A. Soukup, R. R. Breaker, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1999, 96, 3584 -3589.
79. M. Koizumi, G. A. Soukup, J. N. Q. Kerr, R. R. Breaker, Nat. Struct. Biol. 1999, 6, 1062 -1071.
80. A. M. Jose, G. A. Soukup, R. R. Breaker, Nucleic Acids Res. 2001, 29, 1631 -1637.
81. B. Hall, J. R. Hesselberth, A. D. Ellington, Biosens. Bioelectron. 2007, 22, 1939 -1947.
82. J. S. Hartig, S. H. Najafi-Shoushtari, I. Grüne, A. Yan, A. D. Ellington, M. Famulok, Nat. Biotechnol. 2002, 20, 717 -722.
83. N. G. Walter, J. M. Burke, D. P. Millar, Nat. Struct. Biol. 1999, 6, 544 -549.
84. L. C. Bock, L. C. Griffin, J. A. Latham, E. H. Vermaas, J. J. Toole, Nature 1992, 355, 564 -566.
85. S. H. Najafi-Shoushtari, M. Famulok, Blood Cells Mol. Dis. 2007, 38, 19-24.
86. S. H. Najafi-Shoushtari, G. Mayer, M. Famulok, Nucleic Acids Res. 2004, 32, 3212 -3219.
87. S. H. Najafi-Shoushtari, M. Famulok, RNA 2005, 11, 1514 -1520.
88. M. P. Robertson, A. D. Ellington, Nucleic Acids Res. 2000, 28, 1751- 1759.
89. S. Amontov, A. Jäschke, Nucleic Acids Res. 2006, 34, 5032- 5038.
90. J. Liu, A. K. Brown, X. Meng, D. M. Cropek, J. D. Istok, D. B. Watson, Y. Lu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 2056 - 2061.
91. J. Liu, Y. Lu, Angew. Chem. 2007, 119, 7731 - 7734; Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 7587 -7590.
92. L. Yen, J. Svendsen, J.-S. Lee, J. T. Gray, M. Magnier, T. Baba, R. J. D'Amato, R. C. Mulligan, Nature 2004, 431, 471 -476.
93. W. C. Winkler, A. Nahvi, A. Roth, J. A. Collins, R. R. Breaker, Nature 2004, 428, 281-286.
94. H. Zhao, F. H. Arnold, Curr. Opin. Struct. Biol. 1997, 7, 480- 485.
95. R. R. Breaker, G. M. Emilsson, D. Lazarev, S. Nakamura, I. J. Puskarz, A. Roth, N. Sudarsan, RNA 2003, 9, 949 -957.
96. J. F. Swain, L. M. Gierasch, Curr. Opin. Struct. Biol. 2006, 16, 102 -108.
97. N. C. Gianneschi, S.-H. Cho, S. T. Nguyen, C. A. Mirkin, Angew. Chem. 2004, 116, 5619 - 5623;
98. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 5503 -5507 (and references therein).