Atomic Force spectroscopy in biological complex formation: Strategies and prerspectives

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 113, Issue 52, 2009, Pages 16449-16464

  Bizzarri, Anna Rita ^a   Cannistraro, Salvatore ^a  

^a CNISM   (Italy)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ATOMIC SPECTROSCOPY; ATOMS; DISSOCIATION; EQUATIONS OF STATE; KINETIC PARAMETERS; PROTEINS;

AFM TIP; ATOMIC FORCE SPECTROSCOPY; BIOMOLECULAR INTERACTIONS; COMPETITIVE BINDING; COMPLEX DISSOCIATION; COMPLEX FORMATIONS; COMPUTATIONAL DOCKINGS; CRITICAL POINTS; DATA EXTRACTION; DISSOCIATION KINETICS; EXPERIMENTAL ASPECTS; FORCE CURVE; FORCE HISTOGRAMS; LABELING PROCEDURES; MOLECULAR COMPLEXES; MOLECULAR DISSOCIATION; PHYSIOLOGICAL CONDITION; PROTEIN IMMOBILIZATION; REVISITATION; THEORETICAL ASPECTS; THEORETICAL FRAMEWORK;

COMPLEXATION;

EID: 73349110968     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp902421r     Document Type: Article

References (120)

1. Engel, A.; Muller, D. Nat. Struct Biol. 2000, 7, 715-718.
2. Scheuring, S.; Sturgis, J. N. Science 2005, 309, 484-487.
3. van Holde, K.; Zlatanova, J. Semin. Cell Dev. Biol. 2007, 18, 651-658.
4. Mysiak, M. E.; Bleijenberg, M. H.; Wyman, C.; Holthuizen, P. E.; van der Vliet, P. C. J. Virol. 2004, 78, 1928-1935.
5. Maurer, S.; Fritz, J.; Muskhelishvili, G.; Travers, A. EMBO J. 2006, 25, 3784-3790
6. Tessmer, I.; Moore, T.; Lloyd, R. G.; Wilson, A.; Erie, D. A.; Allen, S.; Tendler, S. J. B. J. Mol. Biol. 2005, 350, 254-262.
7. Jiao, Y.; Cherny, D. I.; Heim, G.; .Jovin, T. M.; Schaffer, T. E. J. Mol. Biol. 2001, 314, 233-243.
8. Danker, T.; Oberleithner, H. Pflugers Arch. 2000, 439, 671-681
9. Ando, T.; Uchihashi, T.; Kodera, N.; Yamamoto, D.; Miyagi, A.; Taniguchi, M.; Yamashita, H. Pflugers Arch. 2008, 456, 211-225.
10. Lee, G. U.; Kidwell, D. A.; Colton, R. J. Langmuir 1994, 10, 354-357.
11. Florin, E. L.; Moy, V. T.; Gaub, H. E. Science 1994, 264, 415-417.
12. Moy, V. T.; Florin, E. L.; Gaub, H. E. Science 1994, 266, 257-259.
13. Hugel, T.; Grosholz, M.; Clausen-Schaumann, H.; Pfau, A.; Gaub, H.; Seitz, M. Macromolecules 2001, 34, 1039-1047.
14. Cross, S. E.; Jin, Y. S.; Rao, J.; Gimzewski, J. K. Nat. Nanotechnol 2007, 2, 780-783.
15. Rief, M.; Oesterhelt, F.; Heymann, B.; Gaub, H. Science 1997, 276, 1109-1112.
16. Muller, D. J.; Baumeister, W.; Engel, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 13170-13174.
17. Ros, R.; Schwesinger, F.; Anselmetti, D.; Kubon, M.; Schafer, R.; Pluckthun, A.; Tiefenauer, L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 7402-7405.
18. Sulchek, T. A.; Friddle, R. W.; Langry, K.; Lau, E. Y.; Albrecht, H.; Ratto, T. V.; DeNardo, S. J.; Colvin, M. E.; Noy, A. Proc. Natl. Acad. Sci.U.S.A. 2005, 102, 16638-16643.
19. Taranta, M.; Bizzarri, A. R.; Cannistraro, S. J., Mol. Recognit. 2008, 21, 63-70.
20. Merkel, R.; Nassoy, P.; Leung, A.; Ritchie, K.; Evans, E. Nature 1999, 397, 50-53.
21. Evans, E.; Ritchie, K. Biophys. J. 1997, 72, 1541-1555.
22. Bell, G. I. Science 1978, 200, 618-627.
23. Hinterdorfer, P.; Dufrêne, Y. F. Nat. Methods 2006, 5, 347-355.
24. Bonanni, B.; Andolfi, L.; Bizzarri, A. R.; Cannistraro, S. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 5062-5075.
25. Willemsen, O. H.; Snel, M. M. E.; van der Werf, K. O.; de Grooth, B. G.; Greve, J.; Hinterdorfer, P.; Gruber, H. J.; Schindler, H.; van Kooyk, Y.; Figdor, C. G. Biophys. J. 1998, 75, 2220-2228.
26. Dudko, O. K.; Filippov, A. E.; Klafter, J.; Urbakh, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 11378-11381.
27. Dudko, O. K.; Hummer, G.; Szabo, A. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 108101-14.
28. Hummer, G.; Szabo, A. Biophys. J. 2003, 85, 5-15.
29. Bonanni, B.; Kamruzzahan, A. S. M.; Bizzarri, A. R.; Rankl, C.; Gruber, H. J.; Hinterdorfer, P.; Cannistraro, S. Biophys. J. 2005, 89, 2783-2791.
30. Bonanni, B.; Bizzarri, A. R.; Cannistraro, S. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 14574-14580.
31. Funari, G.; Domenici F.; Nardinocchi, L.; Puca, R.; D'Orazi, G.; Bizzarri, A. R.; Cannistraro, S. J. Mol. Recognit. In press.
32. Schlosshauer, M.; Baker, D. Protein Sci. 2004, 13, 1660-1669.
33. Robert, P.; Benoliel, A. M.; Pierres, A.; Bongrand, P. J. Mol. Recognit. 2007, 20, 432-447.
34. Schwesinger, F.; Ros, R.; Strunz, T.; Anselmetti, D.; Guntherodt, H.-J.; Honegger, A.; Jermutus, L.; Tiefenauer, L.; Pluckthun, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 9972-9977.
35. Eccleston, J. F.; Martin, S. R.; Schilstra, M. J. Methods Cell Biol. 2008, 84, 445-477.
36. Tanious, F. A.; Nguyen, B.; Wilson, W. D. Methods Cell. Biol. 2008, 84, 53-77.
37. Andreev, I. A.; Hyon Kim, S.; Kalinina, N. O.; Rakitina, D. V.; Fitzgerald, A. G.; Palukaitis, P.; Taliansky, M. E. J. Mol. Biol. 2004, 339, 1041-1047.
38. Nevo, R.; Stroh, C.; Kienberger, F.; Kaftan, D.; Brumfeld, V.; Elbaum, M.; Reich, Z.; Hinterdorfer, P. Nat. Struct. Biol. 2003, 10, 553-55787.
39. Zepeda, S.; Yeh, Y.; Noy, A. Langmuir 2003, 19, 1457-1461.
40. Rico, F.; Moy, V. T. J. Mol. Recognit. 2007, 20, 495-501.
41. Heymann, B.; Grubmueller, H. Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 6126-6129.
42. Vestweber, D.; Blanks, J. E. Physiol. Rev. 1999, 79, 181-213.
43. De Paris, R.; Strunz, T.; Oroszlan, K.; Guntherodt, H.-J.; Hegner, M. Single Mol. 2000, 4, 285-290.
44. Yuan, C.; Chen, A.; Kolb, P.; Moy, V. T. Biochemistry 2000, 39, 10219-10223.
45. Hinterdorfer, P.; Baumgartner, W.; Gruber, H. J.; Schilcher, K.; Schindler, H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 3477-3481.
46. Berquand, A.; Xia, N.; Castner, D. G.; Clare, B. H.; Abbott, N. L.; Dupres, V.; Adriaensen, Y.; Dufrene, Y. F. Langmuir 2005, 21, 5517-5523.
47. Fritz, J.; Katopodis, A. G.; Kolbinger, F.; Anselmetti, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 12283-12288.
48. Almqvist, N.; Bhatia, R.; Primbs, G.; Desai, N.; Banerjee, S.; Lal, S. Biophys. J. 2004, 86, 1753-1762.
49. Eckel, R.; Wilking, S. D.; Becker, A.; Norbert Sewald, N.; Ros, R.; Anselmetti, D. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 3921-3924.
50. Kuhner, F.; Costa, L, T.; Bisch, P. M.; Thalhammer, S.; Heckl, W. M.; Gaub, H. E. Biophys. J. 2004, 87, 2683-2690.
51. Krasnoslobodtsev, A. V.; Shlyakhtenko, L. S.; Lyubchenko, Y. L. J. Mol. Biol. 2007, 365, 1407-1416.
52. Vinckier, A.; Gervasoni, P.; Zaugg, F.; Ziegler, U.; Lindner, P.; Groscurth, P.; Pluckthun, A.; Semenza, G. Biophys. J. 1998, 74, 3256-3263.
53. Garcia-Manyes, S.; Bucior, I.; Ros, R.; Anselmetti, D.; Sanz, F.; Burger, M. M.; Fernandez-Busquets, X. J. Biol. Chem. 2006, 281, 5992-5999.
54. Dague, E.; Alsteens, D.; Latge, J.-P.; Verbelen, C.; Raze, D.; Baulard, A. R.; Dufrene, Y. F. Nano Lett. 2007, 7, 3026-3030.
55. Lee, A. S.; Mahapatro, M.; Caron, D. A.; Requicha, A. A.; Stauffer, B. A.; Thompson, M. E.; Zhou, C. IEEE Trans. Nanobiosci. 2006, 5, 149-156.
56. Synder, P. W.; Lee, G.; Marszalek, P. E.; Clark, R. L.; Toone, E. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 2579-2584.
57. Raible, M.; Evstigneev, M.; Bartels, F. W.; Eckel, R.; Nguyen Duong, M.; Merkel, R.; Ros, R.; Anselmetti, D.; Reimann, P. Biophys. J. 2006, 90, 3851-3864.
58. Strunz, T.; Oroszlan, K.; Schafer, R.; Guntherodt, H. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 11277-11282.
59. Baumgartner, W.; Hinterdorfer, P.; Ness, W.; Raab, A.; Vestweber, D.; Schindler, H.; Drenckhahn, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 4005-4010.
60. Morfill, K.; Blank, C.; Zahnd, B.; Luginbuhl, F.; Kuhner, K. E.; Gottschalk, A.; Pluckthun, H.; Gaub, E. Biophys. J. 2007, 93, 3583-3590.
61. Pincet, F.; Husson, J. Biophys. J. 2005, 89, 4374-4381.
62. Friedsam, C.; Wehle, A. K.; Kuhner, F.; Gaub, H. E. J. Phys.: Condens. Matter 2003, 15, S1709-S1723.
63. Williams, P. M. Anal. Chim. Acta 2003, 479, 107-115.
64. Hammer, D.; Apte, S. Biophys. J. 1992, 63, 35-57.
65. Friddle, R. W. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 138302/1-138302/4.
66. Dudko, O. K.; Hummer, G.; Szabo, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 15755-15760.
67. Ulman, A. Chem. Rev. 1996, 96, 1533-1554.
68. Dettmann, W.; Grandbois, M.; André, S.; Benoit, M.; Wehle, A. K.; Kaltner, H.; Gabius, H. J.; Gaub, H. E. Arch. Biochem. Biophys. 2000, 383, 157-170.
69. Wong, J.; Chilkoti, A.; Moy, V. T. Biomol. Eng. 1999, 16, 45-55.
70. Schumakovitch, I.; Grange, W.; Strunz, T.; Bertoncini, P.; Guntherodt, H. J.; Hegner, M. Biophys. J. 2002, 82, 517-521.
71. Odorico, M.; Teulon, J. M.; Bessou, T.; Vidaud, C.; Bellanger, L.; Chen, S. W.; Quéméneur, E.; Parot, P.; Pellequer, J. L. Biophys. J. 2007, 93, 645-654.
72. Dammer, U.; Hegner, M.; Anselmetti, D.; Wagner, P.; Drier, M.; Huber, W.; Guntherodt, H.-J. Biophys. J. 1996, 70, 2437-2441.
73. Allen, S.; Chen, X.; Davies, J.; Davies, M. C.; Dawkes, A. C.; Edwards, J. C.; Roberts, O. J.; Sefton, J.; Tendler, S. J. B.; Williams, P. M. Biochemistry 1997, 36, 7457-7463.
74. Yip, C. M.; Yip, C. C.; Ward, M. D. Biochemistry 1998, 37, 5439-5449.
75. Yoshimura, S. H.; Takahashi, H.; Otsuka, S.; Takeyasu, K. FEBS Lett. 2006, 580, 3961-3965.
76. Ratto, T. V.; Langry, K. C.; Rudd, R. E.; Balhorn, R. L.; Allen, M. J.; McElfresh, M. W. Biophys. J. 2004, 86, 2430-2437.
77. Wang, T.; Ikai, A. Jpn. Appl. Phys. 1999, 38, 3912-3917.
78. Wong, S. S.; Joselevich, E.; Woolley, A. T.; Cheung, C. L.; Lieber, C. M. Nature. 1998, 394, 52-55.
79. Yoshimura, S. H.; Takahashi, H.; Otsuka, S.; Takeyasu, K. FEBS Lett. 2006, 580, 3961-3965.
80. Y. Gilbert, Y.; Deghorain, M.; Wang, L.; Xu, B.; Pollheimer, P. D.; Gruber, H. J.; Errington, J.; Hallet, B.; Haulot, X.; Verbelen, C.; Hols, P.; Dufrêne, Y. F. Nano Lett. 2007, 7, 796-801.
81. Sulchek, T. A.; Friddle, R. W.; Noy, A. Biophys. J. 2006, 90, 4686-4691.
82. Xu, S.; Dong, M.; Liu, X.; Howard, K. A.; Kjems, J.; Besenbacher, F. Biophys. J. 2007, 93, 952-959.
83. Yadavalli, V. K.; Forbes, J. G.; Wang, K. Langmuir 2006, 22, 6969-6976.
84. Bizzarri, A. R.; Costantini, G.; Bonanni, B.; Cannistraro, S. ChemPhysChem 2003, 4, 1189-1195.
85. Jones, S.; Thornton, J. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 13-20.
86. De Grandis, V.; Bizzarri, A. R.; Cannistraro, S. J. Mol. Recognit. 2007, 20, 215-226.
87. Taranta, M.; Bizzarri, A. R.; Cannistraro, S. J. Mol. Recognit. 2009, 15, 15-22.
88. Hutter, J. L.; Bechhoefer, J. Rev. Sci. Instrum. 1993, 64, 1868-1873.
89. Sader, J. E.; Chon, J. W. M.; Mulvaney, P. Rev. Sci. Instrum. 1999, 70, 3967-3969.
90. Heinz, W. F.; Hoh, J. H. Trends Biotechnol. 1999, 17, 143-150.
91. Zlatanova, J.; Lindsay, S. M.; Leuba, S. H. Prog. Biophys. Mol. Biol. 2000, 74, 37-71.
92. Marzsalek, P. E.; Oberhauser, A. F.; Pang, Y. P.; Fernandez, J. M. Nature 1998, 396, 661-664.
93. Gu, S.; Ray, C.; Kirkpatrick, A.; Lad, N.; Akhremitchev, B. B. Biophys. J. 2008, 95, 3964.
94. Ray, C.; Akhremitchev, B. B. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14739-14744.
95. Kienberger, F.; Pastushenko, V. P.; Kada, G.; Gruber, H. J.; Riener, C.; Schindler, H.; Hinterdorfer, P. Single Mol. 2000, 1, 123-128.
96. Bouchiat, C.; Wang, M. D.; Allemand, J.-F.; Strick, T.; Block, S. M.; Croquette, V. Biophys. J. 1999, 76, 409-413.
97. Oesterhelt, F.; Rief, M.; Gaub, H. E. New J. Phys. 1999, 1, 1-11.
98. Kamper, S. G.; Porter-Peden, L.; Blankespoor, R.; Sinniah, K.; Zhou, D.; Abell, C.; Rayment, T. Langmuir 2007, 23, 12561-12565.
99. Ray, C.; Brown, J. R.; Akhremitchev, B. B. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 1963-1974.
100. Perret, E.; Leung, A.; Feracci, H.; Evans, E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 16472-16477.
101. Shi, Q.; Chien, J. H.; Leckband, D. J. Biol. Chem. 2008, 28, 28454-28463.
102. Fuhrmann, A.; Anselmetti, D.; Ros, R. Phys. Rev. E 2008, 77, 031912-1-10.
103. Cutruzzolà, F.; Arese, M.; Ranghino, G.; van Pouderoyen, G.; Canters, G. W.; Brunori, M. J. Inorg. Biochem. 2002, 88, 353-361.
104. Andolfi, L.; Bizzarri, A. R.; Cannistraro, S. Thin Solid Films 2006, 515, 212-219.
105. Vakser, I. A.; Matar, O. G.; Lam, C. F. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 84, 77-8482.
106. Bizzarri, A. R.; Brunori, E.; Bonanni, B.; Cannistraro, S. J. Mol. Recognit. 2007, 20, 122-131.
107. Nar, H. Messerschmidt, A.; Huber, R. van de Kamp, M. Carters, G. W. J. Mol. Biol. 1991, 278, 427-447.
108. Crowley, P. B.; Ubbink., M. Acc. Chem. Res. 2003, 36, 723-730.
109. Yamada, T.; Goto, M.; Punj, V.; Zaborina, O.; Kimbara, K.; Das Gupta, T. K.; Chakrabarty, A. M. Infect. Immun. 2002, 70, 7054-7062.
110. Goto, M.; Yamada, T.; Kimbara, K.; Horner, J.; Newcomb, M.; Das Gupta, T. K.; Chakrabarty, A. M. Mol. Microbiol. 2003, 47, 549-559.
111. Chen, R.; Weng, Z. Proteins: Struct., Funct., Genet. 2003, 51, 397-408.
112. Punj, V.; Das Gupta, T. K.; Chakrabarty, A. M. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2003, 312, 109-114.
113. Apiyo, D.; Wittung-Stafshede, P. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2005, 332, 965-968.
114. Shon, O.; Friedler, A.; Bycroft, M.; Freund, S. M. V.; Fersht, A. R. J. Mol. Biol. 2002, 323, 491-501.
115. Honda, R.; Tanaka, H.; Yasuda, H. FERS Lett. 1997, 420, 25-27.
116. Junker, J. P.; Ziegler, F.; Rief, M. Science 2009, 323, 633-637.
117. Jarzynski, C. Phys. Rev. Lett. 1997, 78, 2690-2694.
118. Hummer, G.; Szabo, A. Acc. Chem. Res. 2005, 38, 504-513.
119. Ebner, A.; Kienberger, F.; Kada, G.; Stroh, C. M.; Geretschläger, M.; Kamruzzahan, A. S. M.; Wildling, L.; Johnson, W. T.; Ashcroft, B.; Nelson, J.; Lindsay, S. M.; Gruber, H. J.; Hinterdorfer, P. ChemPhysChem 2005, 6, 897-900.
120. Choi, J. W.; Oh, B. K.; Jang, Y. H.; Kang, D. Y. Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 033110/1-033110/3.