Structure and function of the molecular chaperone Hsp104 from yeast

Biopolymers

Volumn 93, Issue 3, 2010, Pages 252-276

  Grimminger Marquardt, Valerie ^a   Lashuel, Hilal A ^a  

^a EPFL   (Switzerland)

Author keywords

AAA+ ATPase; Amyloid proteins; ClpB; Disaggregation; Fibril formation; Hsp100; Hsp104; Molecular chaperones; Neurodegenerative diseases; Protein unfolding by chaperones; Yeast prions

Indexed keywords

AMYLOID PROTEINS; DISAGGREGATION; FIBRIL FORMATION; MOLECULAR CHAPERONES; NEURODEGENERATIVE DISEASE; PROTEIN UNFOLDING; YEAST PRIONS;

DISEASES; GLYCOPROTEINS; MACHINE DESIGN; TOXICITY; YEAST;

PROTEINS;

ALPHA SYNUCLEIN; AMYLOID BETA PROTEIN; AMYLOID PROTEIN; HEAT SHOCK PROTEIN 104; POLYGLUTAMINE; AMYLOID BETA PROTEIN[1-42]; CHAPERONE; HEAT SHOCK PROTEIN 70; NUCLEOTIDE; PRION PROTEIN;

ALZHEIMER DISEASE; BRAIN SPONGIOSIS; HUMAN; HUNTINGTON CHOREA; IONIC STRENGTH; MOLECULAR MODEL; NONHUMAN; OLIGOMERIZATION; PARKINSON DISEASE; PRION; PROTEIN AGGREGATION; PROTEIN FUNCTION; PROTEIN STRUCTURE; REVIEW; YEAST; AMINO TERMINAL SEQUENCE; CARBOXY TERMINAL SEQUENCE; CONCENTRATION (PARAMETERS); CONFORMATIONAL TRANSITION; IN VIVO STUDY; PRION DISEASE; PROTEIN ANALYSIS; PROTEIN DEGRADATION; PROTEIN DOMAIN; PROTEIN PROCESSING; PROTEIN PROTEIN INTERACTION; PROTEIN SYNTHESIS; QUALITATIVE ANALYSIS; QUANTITATIVE ANALYSIS; STRUCTURE ACTIVITY RELATION; STRUCTURE ANALYSIS;

ANIMALIA;

ALPHA-SYNUCLEIN; ALZHEIMER DISEASE; AMYLOID; ANIMALS; FUNGAL PROTEINS; HEAT-SHOCK PROTEINS; HUMANS; HUNTINGTON DISEASE; MODELS, MOLECULAR; MUTATION; PARKINSON DISEASE; PEPTIDES; PRION DISEASES; PRIONS; PROTEIN CONFORMATION; PROTEIN FOLDING;

EID: 75149127661     PISSN: 00063525     EISSN: 10970282     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/bip.21301     Document Type: Review

References (153)

1. Neuwald, A. F.; Aravind, L.; Spouge, J. L.; Koonin, E. V. Genome Res 1999, 9, 27-43.
2. Vale, R. D. J Cell Biol 2000, 150, F13-F19.
3. Ogura, T.; Wilkinson, A. J. Genes Cells 2001, 6, 575-597.
4. Schirmer, E. C.; Glover, J. R.; Singer, M. A.; Lindquist, S. Trends Biochem Sci 1996, 21, 289-296.
5. Weibezahn, J.; Tessarz, P.; Schlieker, C.; Zahn, R.; Maglica, Z.; Lee, S.; Zentgraf, H.; Weber-Ban, E. U.; Dougan, D. A.; Tsai, F. T.; Mogk, A.; Bukau, B. Cell 2004, 119, 653-665.
6. Tessarz, P.; Mogk, A.; Bukau, B. Mol Microbiol 2008, 68, 87-97.
7. Schaupp, A.; Marcinowski, M.; Grimminger, V.; Bosl, B.; Walter, S. J Mol Biol 2007, 370, 674-686.
8. Wendler, P.; Shorter, J.; Snead, D.; Plisson, C.; Clare, D. K.; Lindquist, S.; Saibil, H. R. Mol Cell 2009, 34, 81-92.
9. Lum, R.; Niggemann, M.; Glover, J. R. J Biol Chem 2008, 283, 30139-30150.
10. Bösl, B.; Grimminger, V.; Walter, S. J Biol Chem 2005, 280, 38170-38176.
11. Schirmer, E. C.; Lindquist, S. Proc Natl Acad Sci USA 1997, 94, 13932-13937.
12. Glover, J. R.; Lindquist, S. Cell 1998, 94, 73-82.
13. Tkach, J. M.; Glover, J. R. J Biol Chem 2004, 279, 35692-35701.
14. Doyle, S. M.; Shorter, J.; Zolkiewski, M.; Hoskins, J. R.; Lindquist, S.; Wickner, S. Nat Struct Mol Biol 2007, 14, 114-122.
15. Mackay, R. G.; Helsen, C. W.; Tkach, J. M.; Glover, J. R. Biochemistry 2008, 47, 1918-1927.
16. Cashikar, A. G.; Schirmer, E. C.; Hattendorf, D. A.; Glover, J. R.; Ramakrishnan, M. S.; Ware, D. M.; Lindquist, S. L. Mol Cell 2002, 9, 751-760.
17. Sondheimer, N.; Lindquist, S. Mol Cell 2000, 5, 163-172.
18. Tipton, K. A.; Verges, K. J.; Weissman, J. S. Mol Cell 2008, 32, 584-591.
19. Shorter, J.; Lindquist, S. Science (New York, NY) 2004, 304, 1793-1797.
20. Krzewska, J.; Melki, R. EMBO J 2006, 25, 822-833.
21. Narayanan, S.; Bosl, B.; Walter, S.; Reif, B. Proc Natl Acad Sci USA 2003, 100, 9286-9291.
22. Narayanan, S.; Walter, S.; Reif, B. ChemBioChem 2006, 7, 757-765.
23. Moriyama, H.; Edskes, H. K.; Wickner, R. B. Mol Cell Biol 2000, 20, 8916-8922.
24. Shorter, J.; Lindquist, S. Mol Cell 2006, 23, 425-438.
25. Savistchenko, J.; Krzewska, J.; Fay, N.; Melki, R. J Biol Chem 2008, 283, 15732-15739.
26. Arimon, M.; Grimminger, V.; Sanz, F.; Lashuel, H. A. J Mol Biol 2008, 384, 1157-1173.
27. Krobitsch, S.; Lindquist, S. Proc Natl Acad Sci USA 2000, 97, 1589-1594.
28. von der Haar, T.; Josse, L.; Wright, P.; Zenthon, J.; Tuite, M. F. Neurodegenerative Dis 2007, 4, 136-147.
29. Lo Bianco, C.; Shorter, J.; Regulier, E.; Lashuel, H.; Iwatsubo, T.; Lindquist, S.; Aebischer, P. J Clin Invest 2008, 118, 3087-3097.
30. Taneja, V.; Maddelein, M. L.; Talarek, N.; Saupe, S. J.; Liebman, S. W. Mol Cell 2007, 27, 67-77.
31. Malato, L.; Dos Reis, S.; Benkemoun, L.; Sabate, R.; Saupe, S. J. Mol Biol Cell 2007, 18, 4803-4812.
32. Satyal, S. H.; Schmidt, E.; Kitagawa, K.; Sondheimer, N.; Lindquist, S.; Kramer, J. M.; Morimoto, R. I. Proc Natl Acad Sci USA 2000, 97, 5750-5755.
33. Vacher, C.; Garcia-Oroz, L.; Rubinsztein, D. C. Hum Mol Genet 2005, 14, 3425-3433.
34. Perrin, V.; Regulier, E.; Abbas-Terki, T.; Hassig, R.; Brouillet, E.; Aebischer, P.; Luthi-Carter, R.; Deglon, N. Mol Ther 2007, 15, 903-911.
35. Kimura, Y.; Koitabashi, S.; Kakizuka, A.; Fujita, T. Genes Cells 2001, 6, 887-897.
36. Gokhale, K. C.; Newnam, G. P.; Sherman, M. Y.; Chernoff, Y. O. J Biol Chem 2005, 280, 22809-22818.
37. Kimura, Y.; Koitabashi, S.; Kakizuka, A.; Fujita, T. Genes Cells 2004, 9, 685-696.
38. DebBurman, S. K.; Raymond, G. J.; Caughey, B.; Lindquist, S. Proc Natl Acad Sci USA 1997, 94, 13938-13943.
39. Outeiro, T. F.; Lindquist, S. Science (New York, NY) 2003, 302, 1772-1775.
40. Bagriantsev, S.; Liebman, S. BMC Biol 2006, 4, 32.
41. Sanchez, Y.; Lindquist, S. L. Science (New York, NY) 1990, 248, 1112-1115.
42. Squires, C. L.; Pedersen, S.; Ross, B. M.; Squires, C. J Bacteriol 1991, 173, 4254-4262.
43. Carmichael, J.; Chatellier, J.; Woolfson, A.; Milstein, C.; Fersht, A. R.; Rubinsztein, D. C. Proc Natl Acad Sci USA 2000, 97, 9701-9705.
44. Chernoff, Y. O.; Lindquist, S. L.; Ono, B.; Inge-Vechtomov, S. G.; Liebman, S. W. Science (New York, NY) 1995, 268, 880-884.
45. Cox, B. S.; Byrne, L. J.; Tuite, M. F. Prion 2007, 1, 170-178.
46. Erjavec, N.; Larsson, L.; Grantham, J.; Nystrom, T. Genes Dev 2007, 21, 2410-2421.
47. Tessarz, P.; Schwarz, M.; Mogk, A.; Bukau, B. Mol Cell Biol 2009, 29, 3738-3745.
48. Sanchez, Y.; Taulien, J.; Borkovich, K. A.; Lindquist, S. EMBO J 1992, 11, 2357-2364.
49. Parsell, D. A.; Kowal, A. S.; Singer, M. A.; Lindquist, S. Nature 1994, 372, 475-478.
50. Walter, S. Cell Mol Life Sci 2002, 59, 1589-1597.
51. Ellis, R. J. Curr Biol 2001, 11, R1038-R1040.
52. Parsell, D. A.; Sanchez, Y.; Stitzel, J. D.; Lindquist, S. Nature 1991, 353, 270-273.
53. Sanchez, Y.; Parsell, D. A.; Taulien, J.; Vogel, J. L.; Craig, E. A.; Lindquist, S. J Bacteriol 1993, 175, 6484-6491.
54. Motohashi, K.; Watanabe, Y.; Yohda, M.; Yoshida, M. Proc Natl Acad Sci USA 1999, 96, 7184-7189.
55. Zolkiewski, M. J Biol Chem 1999, 274, 28083-28086.
56. Goloubinoff, P.; Mogk, A.; Zvi, A. P.; Tomoyasu, T.; Bukau, B. Proc Natl Acad Sci USA 1999, 96, 13732-13737.
57. Krzewska, J.; Langer, T.; Liberek, K. FEBS Lett 2001, 489, 92-96.
58. Schlee, S.; Beinker, P.; Akhrymuk, A.; Reinstein, J. J Mol Biol 2004, 336, 275-285.
59. Haslbeck, M.; Walke, S.; Stromer, T.; Ehrnsperger, M.; White, H. E.; Chen, S.; Saibil, H. R.; Buchner, J. EMBO J 1999, 18, 6744-6751.
60. Ehrnsperger, M.; Graber, S.; Gaestel, M.; Buchner, J. EMBO J 1997, 16, 221-229.
61. Kim, K. K.; Kim, R.; Kim, S. H. Nature 1998, 394, 595-599.
62. Haslbeck, M.; Miess, A.; Stromer, T.; Walter, S.; Buchner, J. J Biol Chem 2005, 280, 23861-23868.
63. Cashikar, A. G.; Duennwald, M.; Lindquist, S. L. J Biol Chem 2005, 280, 23869-23875.
64. Mogk, A.; Deuerling, E.; Vorderwulbecke, S.; Vierling, E.; Bukau, B. Mol Microbiol 2003, 50, 585-595.
65. Abbas-Terki, T.; Donze, O.; Briand, P. A.; Picard, D. Mol Cell Biol 2001, 21, 7569-7575.
66. Lee, S.; Sowa, M. E.; Watanabe, Y. H.; Sigler, P. B.; Chiu, W.; Yoshida, M.; Tsai, F. T. Cell 2003, 115, 229-240.
67. Wendler, P.; Shorter, J.; Plisson, C.; Cashikar, A. G.; Lindquist, S.; Saibil, H. R. Cell 2007, 131, 1366-1377.
68. Walker, J. E.; Saraste, M.; Runswick, M. J.; Gay, N. J. EMBO J 1982, 1, 945-951.
69. Saraste, M.; Sibbald, P. R.; Wittinghofer, A. Trends Biochem Sci 1990, 15, 430-434.
70. Babst, M.; Wendland, B.; Estepa, E. J.; Emr, S. D. EMBO J 1998, 17, 2982-2993.
71. Matveeva, E. A.; He, P.; Whiteheart, S. W. J Biol Chem 1997, 272, 26413-26418.
72. Pye, V. E.; Dreveny, I.; Briggs, L. C.; Sands, C.; Beuron, F.; Zhang, X.; Freemont, P. S. J Struct Biol 2006, 156, 12-28.
73. Watanabe, Y. H.; Motohashi, K.; Yoshida, M. J Biol Chem 2002, 277, 5804-5809.
74. Schlee, S.; Groemping, Y.; Herde, P.; Seidel, R.; Reinstein, J. J Mol Biol 2001, 306, 889-899.
75. Parsell, D. A.; Kowal, A. S.; Lindquist, S. J Biol Chem 1994, 269, 4480-4487.
76. Schirmer, E. C.; Ware, D. M.; Queitsch, C.; Kowal, A. S.; Lindquist, S. L. Proc Natl Acad Sci USA 2001, 98, 914-919.
77. Barnett, M. E.; Zolkiewski, M. Biochemistry 2002, 41, 11277-11283.
78. Mogk, A.; Schlieker, C.; Strub, C.; Rist, W.; Weibezahn, J.; Bukau, B. J Biol Chem 2003, 278, 17615-17624.
79. Hung, G. C.; Masison, D. C. Genetics 2006, 173, 611-620.
80. Kurahashi, H.; Nakamura, Y. Mol Microbiol 2007, 63, 1669-1683.
81. Jung, G.; Jones, G.; Masison, D. C. Proc Natl Acad Sci USA 2002, 99, 9936-9941.
82. Schirmer, E. C.; Queitsch, C.; Kowal, A. S.; Parsell, D. A.; Lindquist, S. J Biol Chem 1998, 273, 15546-15552.
83. Schirmer, E. C.; Homann, O. R.; Kowal, A. S.; Lindquist, S. Mol Biol Cell 2004, 15, 2061-2072.
84. Patino, M. M.; Liu, J. J.; Glover, J. R.; Lindquist, S. Science (New York, NY) 1996, 273, 622-626.
85. Lum, R.; Tkach, J. M.; Vierling, E.; Glover, J. R. J Biol Chem 2004, 279, 29139-29146.
86. Hattendorf, D. A.; Lindquist, S. L. EMBO J 2002, 21, 12-21.
87. Hattendorf, D. A.; Lindquist, S. L. Proc Natl Acad Sci USA 2002, 99, 2732-2737.
88. Grimminger, V.; Richter, K.; Imhof, A.; Buchner, J.; Walter, S. J Biol Chem 2004, 279, 7378-7383.
89. Dalal, S.; Rosser, M. F.; Cyr, D. M.; Hanson, P. I. Mol Biol Cell 2004, 15, 637-648.
90. Beinker, P.; Schlee, S.; Auvula, R.; Reinstein, J. J Biol Chem 2005, 280, 37965-37973.
91. Weibezahn, J.; Schlieker, C.; Bukau, B.; Mogk, A. J Biol Chem 2003, 278, 32608-32617.
92. Barnett, M. E.; Nagy, M.; Kedzierska, S.; Zolkiewski, M. J Biol Chem 2005, 280, 34940-34945.
93. Werbeck, N. D.; Schlee, S.; Reinstein, J. J Mol Biol 2008, 378, 178-190.
94. Koonin, E. V. Nucleic Acids Res 1993, 21, 2541-2547.
95. Guo, F.; Maurizi, M. R.; Esser, L.; Xia, D. J Biol Chem 2002, 277, 46743-46752.
96. Lee, S.; Choi, J. M.; Tsai, F. T. Mol Cell 2007, 25, 261-271.
97. Schlieker, C.; Weibezahn, J.; Patzelt, H.; Tessarz, P.; Strub, C.; Zeth, K.; Erbse, A.; Schneider-Mergener, J.; Chin, J. W.; Schultz, P. G.; Bukau, B.; Mogk, A. Nat Struct Mol Biol 2004, 11, 607-615.
98. Liu, Z.; Tek, V.; Akoev, V.; Zolkiewski, M. J Mol Biol 2002, 321, 111-120.
99. Lee, S.; Sowa, M. E.; Choi, J. M.; Tsai, F. T. J Struct Biol 2004, 146, 99-105.
100. Haslberger, T.; Weibezahn, J.; Zahn, R.; Lee, S.; Tsai, F. T.; Bukau, B.; Mogk, A. Mol Cell 2007, 25, 247-260.
101. Kedzierska, S.; Akoev, V.; Barnett, M. E.; Zolkiewski, M. Biochemistry 2003, 42, 14242-14248.
102. Saibil, H. R. Curr Opin Struct Biol 2008, 18, 35-42.
103. Lee, C.; Schwartz, M. P.; Prakash, S.; Iwakura, M.; Matouschek, A. Mol Cell 2001, 7, 627-637.
104. Kim, Y. I.; Burton, R. E.; Burton, B. M.; Sauer, R. T.; Baker, T. A. Mol Cell 2000, 5, 639-648.
105. Bösl, B.; Grimminger, V.; Walter, S. J Struct Biol 2006, 156, 139-148.
106. Johnson, B. D.; Schumacher, R. J.; Ross, E. D.; Toft, D. O. J Biol Chem 1998, 273, 3679-3686.
107. Scheu.er, C.; Brinker, A.; Bourenkov, G.; Pegoraro, S.; Moroder, L.; Bartunik, H.; Hartl, F. U.; Moare., I. Cell 2000, 101, 199-210.
108. Ogura, T.; Whiteheart, S. W.; Wilkinson, A. J. J Struct Biol 2004, 146, 106-112.
109. Wegrzyn, R. D.; Bapat, K.; Newnam, G. P.; Zink, A. D.; Chernoff, Y. O. Mol Cell Biol 2001, 21, 4656-4669.
110. Ferreira, P. C.; Ness, F.; Edwards, S. R.; Cox, B. S.; Tuite, M. F. Mol Microbiol 2001, 40, 1357-1369.
111. Satpute-Krishnan, P.; Langseth, S. X.; Serio, T. R. PLoS Biol 2007, 5, e24.
112. Ness, F.; Ferreira, P.; Cox, B. S.; Tuite, M. F. Mol Cell Biol 2002, 22, 5593-5605.
113. Ghaemmaghami, S.; Huh, W. K.; Bower, K.; Howson, R. W.; Belle, A.; Dephoure, N.; O'shea, E. K.; Weissman, J. S. Nature 2003, 425, 737-741.
114. Sherman, F. Methods Enzymol 2002, 350, 3-41.
115. Tkach, J. M.; Glover, J. R. Traf.c (Copenhagen, Denmark) 2008, 9, 39-56.
116. Gasch, A. P.; Spellman, P. T.; Kao, C. M.; Carmel-Harel, O.; Eisen, M. B.; Storz, G.; Botstein, D.; Brown, P. O. Mol Biol Cell 2000, 11, 4241-4257.
117. Amoros, M.; Estruch, F. Mol Microbiol 2001, 39, 1523-1532.
118. Estruch, F. FEMS Microbiol Rev 2000, 24, 469-486.
119. Li, N.; Zhang, L. M.; Zhang, K. Q.; Deng, J. S.; Prandl, R.; Schof., F. Acta Biochim Biophys Sin 2006, 38, 356-362.
120. Grably, M. R.; Stanhill, A.; Tell, O.; Engelberg, D. Mol Microbiol 2002, 44, 21-35.
121. Weibezahn, J.; Bukau, B.; Mogk, A. Microbial Cell Factories 2004, 3, 1.
122. Glover, J. R.; Tkach, J. M. Biochem Cell Biol 2001, 79, 557-568.
123. Ishikawa, T.; Beuron, F.; Kessel, M.; Wickner, S.; Maurizi, M. R.; Steven, A. C. Proc Natl Acad Sci USA 2001, 98, 4328-4333.
124. Hanson, P. I.; Whiteheart, S. W. Nat Rev 2005, 6, 519-529.
125. Cox, B. S. Heredity 1965, 20, 505-521.
126. Wickner, R. B. Science (New York, NY) 1994, 264, 566-569.
127. Tanaka, M.; Chien, P.; Naber, N.; Cooke, R.; Weissman, J. S. Nature 2004, 428, 323-328.
128. Brachmann, A.; Baxa, U.; Wickner, R. B. EMBO J 2005, 24, 3082-3092.
129. Tanaka, M.; Weissman, J. S. Methods Enzymol 2006, 412, 185-200.
130. Derkatch, I. L.; Bradley, M. E.; Hong, J. Y.; Liebman, S. W. Cell 2001, 106, 171-182.
131. Tuite, M. F. Nature 1994, 370, 327-328.
132. Alberti, S.; Halfmann, R.; King, O.; Kapila, A.; Lindquist, S. Cell 2009, 137, 146-158.
133. Derkatch, I. L.; Bradley, M. E.; Zhou, P.; Chernoff, Y. O.; Liebman, S. W. Genetics 1997, 147, 507-519.
134. Sweeny, E. A.; Shorter, J. Prion 2008, 2, 135-140.
135. Tanaka, M.; Collins, S. R.; Toyama, B. H.; Weissman, J. S. Nature 2006, 442, 585-589.
136. Toyama, B. H.; Kelly, M. J.; Gross, J. D.; Weissman, J. S. Nature 2007, 449, 233-237.
137. Jung, G.; Masison, D. C. Curr Microbiol 2001, 43, 7-10.
138. Paushkin, S. V.; Kushnirov, V. V.; Smirnov, V. N.; Ter-Avanesyan, M. D. EMBO J 1996, 15, 3127-3134.
139. Jahn, T. R.; Radford, S. E. FEBS J 2005, 272, 5962-5970.
140. Byrne, L. J.; Cole, D. J.; Cox, B. S.; Ridout, M. S.; Morgan, B. J.; Tuite, M. F. PLoS ONE 2009, 4, e4670.
141. Glover, J. R.; Kowal, A. S.; Schirmer, E. C.; Patino, M. M.; Liu, J. J.; Lindquist, S. Cell 1997, 89, 811-819.
142. King, C. Y.; Tittmann, P.; Gross, H.; Gebert, R.; Aebi, M.; Wuthrich, K. Proc Natl Acad Sci USA 1997, 94, 6618-6622.
143. Taylor, K. L.; Cheng, N.; Williams, R. W.; Steven, A. C.; Wickner, R. B. Science (New York, NY) 1999, 283, 1339-1343.
144. Borchsenius, A. S.; Wegrzyn, R. D.; Newnam, G. P.; Inge-Vechtomov, S. G.; Chernoff, Y. O. EMBO J 2001, 20, 6683-6691.
145. Kryndushkin, D. S.; Alexandrov, I. M.; Ter-Avanesyan, M. D.; Kushnirov, V. V. J Biol Chem 2003, 278, 49636-49643.
146. Byrne, L. J.; Cox, B. S.; Cole, D. J.; Ridout, M. S.; Morgan, B. J.; Tuite, M. F. Proc Natl Acad Sci USA 2007, 104, 11688-11693.
147. Nelson, R.; Sawaya, M. R.; Balbirnie, M.; Madsen, A. O.; Riekel, C.; Grothe, R.; Eisenberg, D. Nature 2005, 435, 773-778.
148. Shorter, J.; Lindquist, S. EMBO J 2008, 27, 2712-2724.
149. Inoue, Y.; Taguchi, H.; Kishimoto, A.; Yoshida, M. J Biol Chem 2004, 279, 52319-52323.
150. Meriin, A. B.; Zhang, X.; He, X.; Newnam, G. P.; Chernoff, Y. O.; Sherman, M. Y. J Cell Biol 2002, 157, 997-1004.
151. Kimura, Y.; Koitabashi, S.; Kakizuka, A.; Fujita, T. J Biol Chem 2002, 277, 37536-37541.
152. Dehay, B.; Bertolotti, A. J Biol Chem 2006, 281, 35608-35615.
153. Dandoy-Dron, F.; Bogdanova, A.; Beringue, V.; Bailly, Y.; Tovey, M. G.; Laude, H.; Dron, M. Neurosci Lett 2006, 405, 181-185.