Defining CYP3A4 structural responses to substrate binding. raman spectroscopic studies of a nanodisc-incorporated mammalian cytochrome P450

Journal of the American Chemical Society

Volumn 133, Issue 5, 2011, Pages 1357-1366

  Mak, Piotr J ^a   Denisov, Ilia G ^b   Grinkova, Yelena V ^b   Sligar, Stephen G ^b,c,d   Kincaid, James R ^a  

^a Marquette University   (United States)

^b UNIVERSITY OF ILLINOIS AT URBANA CHAMPAIGN   (United States)

^c UNIVERSITY OF ILLINOIS AT URBANA CHAMPAIGN   (United States)

^d UNIVERSITY OF ILLINOIS   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ACTIVE SITE; BROMOCRIPTINE; CYTOCHROME P450; DIFFERENT SIZES; DIOXYGENS; EFFECTIVE MECHANISMS; EXOGENOUS LIGANDS; FUNCTIONAL PROPERTIES; HIGH SPIN STATE; INFLUENCE FUNCTIONS; NANODISCS; RAMAN SPECTROSCOPIC STUDY; RESONANCE RAMAN SPECTROSCOPY; SAMPLING STRATEGIES; SPECTROSCOPIC EVIDENCE; SPECTROSCOPIC RESPONSE; SPECTROSCOPIC STUDIES; STRUCTURAL CHANGE; STRUCTURAL RESPONSE; SUBSTRATE BINDING; SUBSTRATE STRUCTURE; SUBSTRATE-BOUND;

MAMMALS; PORPHYRINS; RAMAN SPECTROSCOPY; SPECTROSCOPIC ANALYSIS; SPIN DYNAMICS; STOICHIOMETRY;

SUBSTRATES;

BROMOCRIPTINE; CARBON MONOXIDE; CYTOCHROME P450; CYTOCHROME P450 3A4; ERYTHROMYCIN; HEME; NANODISC; TESTOSTERONE;

ARTICLE; BINDING SITE; CONTROLLED STUDY; DRUG PROTEIN BINDING; HYDROGEN BOND; NONHUMAN; PROTEIN ASSEMBLY; PROTEIN CONFORMATION; PROTEIN STRUCTURE; RAMAN SPECTROMETRY; STOICHIOMETRY;

BROMOCRIPTINE; CARBON MONOXIDE; CYTOCHROME P-450 CYP3A; DETERGENTS; ERYTHROMYCIN; HUMANS; MODELS, MOLECULAR; NANOSTRUCTURES; OXIDATION-REDUCTION; PROTEIN BINDING; PROTEIN CONFORMATION; SOLUBILITY; SPECTRUM ANALYSIS, RAMAN; SUBSTRATE SPECIFICITY; TESTOSTERONE;

EID: 79551713530     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja105869p     Document Type: Article

References (73)

1. Guengerich, F. P. In Cytochrome P450: Structure, Mechanism, and Biochemistry; Ortiz de Montellano, P. R., Ed.; Kluwer Academics/Plenum Publisher: New York, 2005; pp 377 - 530.
2. Sigel, A., Sigel, H., Sigel, R. K. O., Eds. Metal Ions in Life Sciences; John Wiley & Sons, Ltd.: New York, 2007; Vol. 3.
3. Guengerich, F. P. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 1999, 39, 1-17
4. Davydov, D. R.; Halpert, J. R. Expert Opin. Drug Metab. Toxicol. 2008, 4, 1523-1535
5. Denisov, I. G.; Frank, D. J.; Sligar, S. G. Pharmacol. Ther. 2009, 124, 151-167
6. Frank, D. J.; Denisov, I. G.; Sligar, S. G. Arch. Biochem. Biophys. 2009, 488, 146-152
7. Atkins, W. M. Expert Opin. Drug Metab. Toxicol. 2006, 2, 573-579
8. Scott, E. E.; Halpert, J. R. Trends Biochem. Sci. 2005, 30, 5-7
9. Zhou, S.-F. Curr. Drug Metab. 2008, 9, 310-322
10. Williams, P. A.; Cosme, J.; Vinkovic, D. M.; Ward, A.; Angove, H. C.; Day, P. J.; Vonrhein, C.; Tickle, I. J.; Jhoti, H. Science 2004, 305, 683-686
11. Yano, J. K.; Wester, M. R.; Schoch, G. A.; Griffin, K. J.; Stout, C. D.; Johnson, E. F. J. Biol. Chem. 2004, 279, 38091-38094
12. Ekroos, M.; Sjoegren, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 13682-13687
13. Guengerich, F. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 13565-13566
14. Kijac, A. Z.; Li, Y.; Sligar, S. G.; Rienstra, C. M. Biochemistry 2007, 46, 13696-13703
15. Fishelovitch, D.; Hazan, C.; Shaik, S.; Wolfson, H. J.; Nussinov, R. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1602-1611
16. Fishelovitch, D.; Hazan, C.; Hirao, H.; Wolfson, H. J.; Nussinov, R.; Shaik, S. J. Phys. Chem. 2007, 111, 13822-13832
17. Shaik, S.; Cohen, S.; Wang, Y.; Chen, H.; Kumar, D.; Thiel, W. Chem. Rev. 2010, 110, 949-1017
18. Spiro, T. G. In Biological Applications of Raman Spectroscopy; Spiro, T. G., Ed.; John Wiley and Sons: New York, 1988; Vol. III.
19. Kincaid, J. R. In The Porphyrin Handbook; Kadish, K. M.; Smith, K. M.; Guilard, R., Eds.; Academic Press: New York, 2000; Vol. 7, pp 225 - 291.
20. Cerda-Colon, J. F.; Silfa, E.; Lopez-Garriga, J. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 9312-9317
21. Marzocchi, M. P.; Smulevich, G. J. Raman Spectrosc. 2003, 34, 725-736
22. Peterson, E. S.; Friedman, J. M.; Chien, E. Y. T.; Sligar, S. G. Biochemistry 1998, 37, 12301-12319
23. Chen, Z.; Ost, T. W. B.; Schelvis, J. P. M. Biochemistry 2004, 43, 1798-1808
24. Mak, P. J.; Im, S.-C.; Zhang, H.; Waskell, L. A.; Kincaid, J. R. Biochemistry 2008, 47, 3950-3963
25. Mak, P. J.; Kaluka, D.; Manyumwa, E. M.; Zhang, H.; Deng, T.; Kincaid, J. R. Biopolymers 2008, 89, 1045-1053
26. Lee, K. B.; Jun, E.; La Mar, G. N.; Rezzano, I. N.; Pandey, R. K.; Smith, K. M.; Walker, F. A.; Buttlaire, D. H. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 3576-3583
27. Reid, L. S.; Lim, A. R.; Mauk, A. G. J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 8197-8201
28. Funk, W. D.; Lo, T. P.; Mauk, M. R.; Brayer, G. D.; MacGillivray, R. T. A.; Mauk, A. G. Biochemistry 1990, 29, 5500-5508
29. Yu, N.-T.; Kerr, E. A. In Biological Applications of Raman Spectroscopy; Spiro, T. G., Ed.; Wiley & Sons: New York, 1988; Vol. III, pp 39 - 95.
30. Ibrahim, M.; Xu, C.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16834-16845
31. Uno, T.; Nishimura, Y.; Makino, R.; Iizuka, T.; Ishimura, Y.; Tsuboi, M. J. Biol. Chem. 1985, 260, 2023-2026
32. Wells, A. V.; Li, P.; Champion, P. M.; Martinis, S. A.; Sligar, S. G. Biochemistry 1992, 31, 4384-4393
33. Deng, T.-J.; Macdonald, I. D. G.; Simianu, M. C.; Sykora, M.; Kincaid, J. R.; Sligar, S. G. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 269-278
34. Deng, T.-J.; Proniewicz, L. M.; Kincaid, J. R.; Yeom, H.; Macdonald, I. D. G.; Sligar, S. G. Biochemistry 1999, 38, 13699-13706
35. Mak, P. J.; Zhang, H.; Hollenberg, P. F.; Kincaid, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 132, 1494-1495
36. Macdonald, I. D. G.; Sligar, S. G.; Christian, J. F.; Unno, M.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 376-380
37. Hu, S.; Schneider, A.; Kincaid, J. R. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 4815-4822
38. Ibrahim, M.; Denisov, I. G.; Makris, T. M.; Kincaid, J. R.; Sligar, S. G. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 13714-13718
39. Ibrahim, M.; Kincaid, J. R. J. Porphyrins Phthalocyanines 2004, 8, 215-225
40. Mak, P. J.; Denisov, I. G.; Victoria, D.; Makris, T. M.; Deng, T.-J.; Sligar, S. G.; Kincaid, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 6382-6383
41. Denisov, I. G.; Mak, P. J.; Makris, T. M.; Sligar, S. G.; Kincaid, J. R. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 13172-13179
42. Mak, P. J.; Kincaid, J. R. J. Inorg. Biochem. 2008, 102, 1952-1957
43. Davydov, D. R.; Fernando, H.; Baas, B. J.; Sligar, S. G.; Halpert, J. R. Biochemistry 2005, 44, 13902-13913
44. Nath, A.; Atkins, W. M.; Sligar, S. G. Biochemistry 2007, 46, 2059-2069
45. Sligar, S. G. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2003, 312, 115-119
46. Baas, B. J.; Denisov, I. G.; Sligar, S. G. Arch. Biochem. Biophys. 2004, 430, 218-228
47. Grinkova, Y. V.; Denisov, I. G.; Waterman, M. R.; Arase, M.; Kagawa, N.; Sligar, S. G. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2008, 372, 379-382
48. Denisov, I. G.; Grinkova, Y. V.; McLean, M. A.; Baas, B. J.; Sligar, S. G. J. Biol. Chem. 2007, 282, 26865-26873
49. Denisov, I. G.; Baas, B. J.; Grinkova, Y. V.; Sligar, S. G. J. Biol. Chem. 2007, 282, 7066-7076
50. Nath, A.; Grinkova, Y. V.; Sligar, S. G.; Atkins, W. M. J. Biol. Chem. 2007, 282, 28309-28320
51. Das, A.; Grinkova, Y. V.; Sligar, S. G. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 13778-13779
52. Rivory, L. P.; Slaviero, K. A.; Hoskins, J. M.; Clarke, S. J. Clin. Pharmacokinet. 2001, 40, 151-158
53. Gillam, E. M. J.; Baba, T.; Kim, B. R.; Ohmori, S.; Guengerich, F. P. Arch. Biochem. Biophys. 1993, 305, 123-131
54. Domanski, T. L.; Liu, J.; Harlow, G. R.; Halpert, J. R. Arch. Biochem. Biophys. 1998, 350, 223-232
55. Denisov, I. G.; Grinkova, Y. V.; Baas, B. J.; Sligar, S. G. J. Biol. Chem. 2006, 281, 23313-23318
56. Bayburt, T. H.; Grinkova, Y. V.; Sligar, S. G. Nano Lett. 2002, 2, 853-856
57. Bayburt, T. H.; Sligar, S. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 6725-6730
58. Bayburt, T. H.; Sligar, S. G. Protein Sci. 2003, 12, 2476-2481
59. Duan, H.; Civjan, N. R.; Sligar, S. G.; Schuler, M. A. Arch. Biochem. Biophys. 2004, 424, 141-153
60. Bayburt, T. H.; Leitz, A. J.; Xie, G.; Oprian, D. D.; Sligar, S. G. J. Biol. Chem. 2007, 282, 14875-14881
61. Denisov, I. G.; Grinkova, Y. V.; Lazarides, A. A.; Sligar, S. G. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 3477-3487
62. McKenna, C. E.; Gutheil, W. G.; Song, W. Biochim. Biophys. Acta 1991, 1075, 109-117
63. Shriver, D. F.; Dunn, J. B. R. Appl. Spectrosc. 1974, 28, 319-323
64. Hosea, N. A.; Guengerich, F. P. Arch. Biochem. Biophys. 1998, 353, 365-373
65. Davydov, D. R.; Baas, B. J.; Sligar, S. G.; Halpert, J. R. Biochemistry 2007, 46, 7852-7864
66. Mak, P. J.; Podstawka, E.; Kincaid, J. R.; Proniewicz, L. M. Biopolymers 2004, 75, 217-228
67. Podstawka, E.; Mak, P. J.; Kincaid, J. R.; Proniewicz, L. M. Biopolymers 2006, 83, 455-466
68. Nagano, S.; Cupp-Vickery, J. R.; Poulos, T. L. J. Biol. Chem. 2005, 280, 22102-22107
69. Jung, C.; Hui Bon Hoa, G.; Schroeder, K. L.; Simon, M.; Doucet, J. P. Biochemistry 1992, 31, 12855-12862
70. Hu, S.; Kincaid, J. R. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 2843-2850
71. Bangcharoenpaurpong, O. Ph.D. Dissertation, Northeastern University, Boston, MA, 1987.
72. Spiro, T. G.; Wasbotten, I. H. J. Inorg. Biochem. 2005, 99, 34-44
73. Tosha, T.; Kagawa, N.; Ohta, T.; Yoshioka, S.; Waterman, M. R.; Kitagawa, T. Biochemistry 2006, 45, 5631-5640