Structural, mechanistic and coordination chemistry of relevance to the biosynthesis of iron-sulfur and related iron cofactors

Coordination Chemistry Reviews

Volumn 255, Issue 7-8, 2011, Pages 688-699

  Qi, Wenbin ^a   Cowan, J A ^a  

^a OHIO STATE UNIVERSITY   (United States)

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Assembly; Biosynthesis; Frataxin; Iron sulfur cluster; ISU IscU; NFS IscS

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EID: 79952106944     PISSN: 00108545     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1016/j.ccr.2010.10.016     Document Type: Review

References (154)

1. Peters J.W., Stowell M.H., Soltis S.M., Finnegan M.G., Johnson M.K., Rees D.C. Biochemistry 1997, 36:1181.
2. Johnson D.C., Dean D.R., Smith A.D., Johnson M.K. Annu. Rev. Biochem. 2005, 74:247.
3. Volbeda A., Charon M.H., Piras C., Hatchikian E.C., Frey M., Fontecilla-Camps J.C. Nature 1995, 373:580.
4. Iwata S., Saynovits M., Link T.A., Michel H. Structure 1996, 4:567.
5. Robbins A.H., Stout C.D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1989, 86:3639.
6. Moulis J.M., Sieker L.C., Wilson K.S., Dauter Z. Protein Sci. 1996, 5:1765.
7. Lill R. Nature 2009, 460:831.
8. Lill R., Muhlenhoff U. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2006, 22:457.
9. Ayala-Castro C., Saini A., Outten F.W. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2008, 72:110.
10. Fontecave M., Ollagnier-de-Choudens S. Arch. Biochem. Biophys. 2008, 474:226.
11. Mansy S.S., Cowan J.A. Acc. Chem. Res. 2004, 37:719.
12. Zheng L., Cash V.L., Flint D.H., Dean D.R. J. Biol. Chem. 1998, 273:13264.
13. Schilke B., Voisine C., Beinert H., Craig E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96:10206.
14. Jacobson M.R., Cash V.L., Weiss M.C., Laird N.F., Newton W.E., Dean D.R. Mol. Gen. Genet. 1989, 219:49.
15. Takahashi Y., Tokumoto U. J. Biol. Chem. 2002, 277:28380.
16. Ding H., Clark R.J., Ding B. J. Biol. Chem. 2004, 279:37499.
17. Ding B., Smith E.S., Ding H. Biochem. J. 2005, 389:797.
18. Lu J., Bitoun J.P., Tan G., Wang W., Min W., Ding H. Biochem. J. 2010, 428:125.
19. Zheng M., Wang X., Templeton L.J., Smulski D.R., LaRossa R.A., Storz G. J. Bacteriol. 2001, 183:4562.
20. Lill R., Muhlenhoff U. Annu. Rev. Biochem. 2008, 77:669.
21. Balk J., Lobreaux S. Trends Plant Sci. 2005, 10:324.
22. Kispal G., Csere P., Prohl C., Lill R. EMBO J. 1999, 18:3981.
23. Netz D.J., Pierik A.J., Stumpfig M., Muhlenhoff U., Lill R. Nat. Chem. Biol. 2007, 3:278.
24. Roy A., Solodovnikova N., Nicholson T., Antholine W., Walden W.E. EMBO J. 2003, 22:4826.
25. Hausmann A., Aguilar Netz D.J., Balk J., Pierik A.J., Muhlenhoff U., Lill R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102:3266.
26. Balk J., Aguilar Netz D.J., Tepper K., Pierik A.J., Lill R. Mol. Cell Biol. 2005, 25:10833.
27. Srinivasan V., Netz D.J., Webert H., Mascarenhas J., Pierik A.J., Michel H., Lill R. Structure 2007, 15:1246.
28. Kispal G., Csere P., Guiard B., Lill R. FEBS Lett. 1997, 418:346.
29. Bekri S., Kispal G., Lange H., Fitzsimons E., Tolmie J., Lill R., Bishop D.F. Blood 2000, 96:3256.
30. Chen C.A., Cowan J.A. Biochim. Biophys. Acta 2006, 1760:1857.
31. Kuhnke G., Neumann K., Muhlenhoff U., Lill R. Mol. Membr. Biol. 2006, 23:173.
32. Chen C.A., Cowan J.A. J. Biol. Chem. 2003, 278:52681.
33. Lange H., Lisowsky T., Gerber J., Muhlenhoff U., Kispal G., Lill R. EMBO Rep. 2001, 2:715.
34. Csere P., Lill R., Kispal G. FEBS Lett. 1998, 441:266.
35. Smith A.D., Agar J.N., Johnson K.A., Frazzon J., Amster I.J., Dean D.R., Johnson M.K. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123:11103.
36. Mansy S.S., Wu G., Surerus K.K., Cowan J.A. J. Biol. Chem. 2002, 277:21397.
37. Agar J.N., Krebs C., Frazzon J., Huynh B.H., Dean D.R., Johnson M.K. Biochemistry 2000, 39:7856.
38. Yoon T., Cowan J.A. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125:6078.
39. Ramelot T.A., Cort J.R., Goldsmith-Fischman S., Kornhaber G.J., Xiao R., Shastry R., Acton T.B., Honig B., Montelione G.T., Kennedy M.A. J. Mol. Biol. 2004, 344:567.
40. Shimomura Y., Wada K., Fukuyama K., Takahashi Y. J. Mol. Biol. 2008, 383:133.
41. Bertini I., Cowan J.A., Del Bianco C., Luchinat C., Mansy S.S. J. Mol. Biol. 2003, 331:907.
42. Mansy S.S., Wu S.P., Cowan J.A. J. Biol. Chem. 2004, 279:10469.
43. Cupp-Vickery J.R., Peterson J.C., Ta D.T., Vickery L.E. J. Mol. Biol. 2004, 342:1265.
44. Hoff K.G., Cupp-Vickery J.R., Vickery L.E. J. Biol. Chem. 2003, 278:37582.
45. Hoff K.G., Ta D.T., Tapley T.L., Silberg J.J., Vickery L.E. J. Biol. Chem. 2002, 277:27353.
46. Kim J.H., Fuzery A.K., Tonelli M., Ta D.T., Westler W.M., Vickery L.E., Markley J.L. Biochemistry 2009, 48:6062.
47. Shi R., Proteau A., Villarroya M., Moukadiri I., Zhang L., Trempe J.F., Matte A., Armengod M.E., Cygler M. PLoS Biol. 2010, 8:e1000354.
48. Wu S.P., Wu G., Surerus K.K., Cowan J.A. Biochemistry 2002, 41:8876.
49. Bonomi F., Iametti S., Ta D., Vickery L.E. J. Biol. Chem. 2005, 280:29513.
50. Unciuleac M.C., Chandramouli K., Naik S., Mayer S., Huynh B.H., Johnson M.K., Dean D.R. Biochemistry 2007, 46:6812.
51. Bych K., Kerscher S., Netz D.J., Pierik A.J., Zwicker K., Huynen M.A., Lill R., Brandt U., Balk J. EMBO J. 2008, 27:1736.
52. Sheftel A.D., Stehling O., Pierik A.J., Netz D.J., Kerscher S., Elsasser H.P., Wittig I., Balk J., Brandt U., Lill R. Mol. Cell. Biol. 2009, 29:6059.
53. Nuth M., Cowan J.A. J. Biol. Inorg. Chem. 2009, 14:829.
54. Urbina H.D., Silberg J.J., Hoff K.G., Vickery L.E. J. Biol. Chem. 2001, 276:44521.
55. Nuth M., Yoon T., Cowan J.A. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124:8774.
56. Agar J.N., Yuvaniyama P., Jack R.F., Cash V.L., Smith A.D., Dean D.R., Johnson M.K. J. Biol. Inorg. Chem. 2000, 5:167.
57. Wu G., Mansy S.S., Wu Sp S.P., Surerus K.K., Foster M.W., Cowan J.A. Biochemistry 2002, 41:5024.
58. Huang J., Cowan J.A. Chem. Commun. (Camb) 2009, 3071.
59. Morimoto K., Yamashita E., Kondou Y., Lee S.J., Arisaka F., Tsukihara T., Nakai M. J. Mol. Biol. 2006, 360:117.
60. Ollagnier-de Choudens S., Nachin L., Sanakis Y., Loiseau L., Barras F., Fontecave M. J. Biol. Chem. 2003, 278:17993.
61. Tong W.H., Jameson G.N., Huynh B.H., Rouault T.A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100:9762.
62. Wu S.-p., Cowan J.A. Biochemistry 2003, 42:5784.
63. Babcock M., deSilva D., Oaks R., DavisKaplan S., Jiralerspong S., Montermini L., Pandolfo M., Kaplan J. Science 1997, 276:1709.
64. Cavadini P., Gellera C., Patel P.I., Isaya G. Hum. Mol. Genet. 2000, 9:2523.
65. Foury F., Cazzalini O. FEBS Lett. 1997, 411:373.
66. Campuzano V., Montermini L., Molto M.D., Pianese L., Cossee M., Cavalcanti F., Monros E., Rodius F., Duclos F., Monticelli A., Zara F., Canizares J., Koutnikova H., Bidichandani S.I., Gellera C., Brice A., Trouillas P., DeMichele G., Filla A., DeFrutos R., Palau F., Patel P.I., DiDonato S., Mandel J.L., Cocozza S., Koenig M., Pandolfo M. Science 1996, 271:1423.
67. Foury F. FEBS Lett. 1999, 456:281.
68. Rotig A., de Lonlay P., Chretien D., Foury F., Koenig M., Sidi D., Munnich A., Rustin P. Nat. Genet. 1997, 17:215.
69. Chen O.S., Hemenway S., Kaplan J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99:12321.
70. Stehling O., Elsasser H.P., Bruckel B., Muhlenhoff U., Lill R. Hum. Mol. Genet. 2004, 13:3007.
71. Adamec J., Rusnak F., Owen W.G., Naylor S., Benson L.M., Gacy A.M., Isaya G. Am. J. Hum. Genet. 2000, 67:549.
72. Cavadini P., O'Neill H.A., Benada O., Isaya G. Hum. Mol. Genet. 2002, 11:217.
73. Gerber J., Muhlenhoff U., Lill R. EMBO Rep. 2003, 4:906.
74. Cook J.D., Bencze K.Z., Jankovic A.D., Crater A.K., Busch C.N., Bradley P.B., Stemmler A.J., Spaller M.R., Stemmler T.L. Biochemistry 2006, 45:7767.
75. Layer G., Ollagnier-de Choudens S., Sanakis Y., Fontecave M. J. Biol. Chem. 2006, 281:16256.
76. Bulteau A.L., O'Neill H.A., Kennedy M.C., Ikeda-Saito M., Isaya G., Szweda L.I. Science 2004, 305:242.
77. Yoon T., Cowan J.A. J. Biol. Chem. 2004, 279:25943.
78. He Y., Alam S.L., Proteasa S.V., Zhang Y., Lesuisse E., Dancis A., Stemmler T.L. Biochemistry 2004, 43:16254.
79. Cavadini P., Adamec J., Taroni F., Gakh O., Isaya G. J. Biol. Chem. 2000, 275:41469.
80. Musco G., Stier G., Kolmerer B., Adinolfi S., Martin S., Frenkiel T., Gibson T., Pastore A. Struct. Fold. Des. 2000, 8:695.
81. Condo I., Ventura N., Malisan F., Rufini A., Tomassini B., Testi R. Hum. Mol. Genet. 2007, 16:1534.
82. Yoon T., Dizin E., Cowan J.A. J. Biol. Inorg. Chem. 2007, 12:535.
83. Shaw G.C., Cope J.J., Li L., Corson K., Hersey C., Ackermann G.E., Gwynn B., Lambert A.J., Wingert R.A., Traver D., Trede N.S., Barut B.A., Zhou Y., Minet E., Donovan A., Brownlie A., Balzan R., Weiss M.J., Peters L.L., Kaplan J., Zon L.I., Paw B.H. Nature 2006, 440:96.
84. Froschauer E.M., Schweyen R.J., Wiesenberger G. Biochim. Biophys. Acta 2009, 1788:1044.
85. Paradkar P.N., Zumbrennen K.B., Paw B.H., Ward D.M., Kaplan J. Mol. Cell. Biol. 2009, 29:1007.
86. Richardson D.R., Lane D.J., Becker E.M., Huang M.L., Whitnall M., Rahmanto Y.S., Sheftel A.D., Ponka P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107:10775.
87. Richardson D.R., Huang M.L., Whitnall M., Becker E.M., Ponka P., Rahmanto Y.S. J. Mol. Med. 2010, 88:323.
88. Adinolfi S., Trifuoggi M., Politou A.S., Martin S., Pastore A. Hum. Mol. Genet. 2002, 11:1865.
89. Qi W., Cowan J.A. Chem. Commun. (Camb) 2010, 46:719.
90. Bou-Abdallah F., Adinolfi S., Pastore A., Laue T.M., Dennis Chasteen N. J. Mol. Biol. 2004, 341:605.
91. Kondapalli K.C., Kok N.M., Dancis A., Stemmler T.L. Biochemistry 2008, 47:6917.
92. Karlberg T., Schagerlof U., Gakh O., Park S., Ryde U., Lindahl M., Leath K., Garman E., Isaya G., Al-Karadaghi S. Structure 2006, 14:1535.
93. Dhe-Paganon S., Shigeta R., Chi Y.I., Ristow M., Shoelson S.E. J. Biol. Chem. 2000, 275:30753.
94. Nair M., Adinolfi S., Pastore C., Kelly G., Temussi P., Pastore A. Structure 2004, 12:2037.
95. Cho S.J., Lee M.G., Yang J.K., Lee J.Y., Song H.K., Suh S.W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97:8932.
96. Pastore C., Franzese M., Sica F., Temussi P., Pastore A. FEBS J. 2007, 274:4199.
97. Bencze K.Z., Kondapalli K.C., Cook J.D., McMahon S., Millan-Pacheco C., Pastor N., Stemmler T.L. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2006, 41:269.
98. Bencze K.Z., Yoon T., Millan-Pacheco C., Bradley P.B., Pastor N., Cowan J.A., Stemmler T.L. Chem. Commun. (Camb) 2007, 1798.
99. Huang J., Dizin E., Cowan J.A. J. Biol. Inorg. Chem. 2008, 13:825.
100. Correia A.R., Wang T., Craig E.A., Gomes C.M. Biochem. J. 2010, 426:197.
101. Wang T., Craig E.A. J. Biol. Chem. 2008, 283:12674.
102. Foury F., Pastore A., Trincal M. EMBO Rep. 2007, 8:194.
103. Zeng J., Zhao W., Liu Y., Xia L., Liu J., Qiu G. Biotechnol. Lett. 2007, 29:1965.
104. Albrecht A.G., Netz D.J., Miethke M., Pierik A.J., Burghaus O., Peuckert F., Lill R., Marahiel M.A. J. Bacteriol. 2010, 192:1643.
105. Kaiser J.T., Clausen T., Bourenkow G.P., Bartunik H.D., Steinbacher S., Huber R. J. Mol. Biol. 2000, 297:451.
106. Wu S.P., Mansy S.S., Cowan J.A. Biochemistry 2005, 44:4284.
107. Sazanov L.A., Hinchliffe P. Science 2006, 311:1430.
108. Berrisford J.M., Sazanov L.A. J. Biol. Chem. 2009, 284:29773.
109. Lesuisse E., Santos R., Matzanke B.F., Knight S.A., Camadro J.M., Dancis A. Hum. Mol. Genet. 2003, 12:879.
110. Seguin A., Bayot A., Dancis A., Rogowska-Wrzesinska A., Auchere F., Camadro J.M., Bulteau A.L., Lesuisse E. Mitochondrion 2009, 9:130.
111. Gakh O., Adamec J., Gacy A.M., Twesten R.D., Owen W.G., Isaya G. Biochemistry 2002, 41:6798.
112. Aloria K., Schilke B., Andrew A., Craig E.A. EMBO Rep. 2004, 5:1096.
113. Adinolfi S., Iannuzzi C., Prischi F., Pastore C., Iametti S., Martin S.R., Bonomi F., Pastore A. Nat. Struct. Mol. Biol. 2009, 16:390.
114. Wilson R.B., Roof D.M. Nat. Genet. 1997, 16:352.
115. Muhlenhoff U., Richhardt N., Ristow M., Kispal G., Lill R. Hum. Mol. Genet. 2002, 11:2025.
116. Martelli A., Wattenhofer-Donze M., Schmucker S., Bouvet S., Reutenauer L., Puccio H. Hum. Mol. Genet. 2007, 16:2651.
117. Ramazzotti A., Vanmansart V., Foury F. FEBS Lett. 2004, 557:215.
118. Leidgens S., De Smet S., Foury F. Hum. Mol. Genet. 2010, 19:276.
119. Branda S.S., Yang Z.Y., Chew A., Isaya G. Hum. Mol. Genet. 1999, 8:1099.
120. Zheng L., White R.H., Cash V.L., Dean D.R. Biochemistry 1994, 33:4714.
121. Nakai Y., Nakai M., Hayashi H., Kagamiyama H. J. Biol. Chem. 2001, 276:8314.
122. Nakai Y., Umeda N., Suzuki T., Nakai M., Hayashi H., Watanabe K., Kagamiyama H. J. Biol. Chem. 2004, 279:12363.
123. Kiyasu T., Asakura A., Nagahashi Y., Hoshino T. J. Bacteriol. 2000, 182:2879.
124. Cupp-Vickery J.R., Urbina H., Vickery L.E. J. Mol. Biol. 2003, 330:1049.
125. Li J., Kogan M., Knight S.A., Pain D., Dancis A. J. Biol. Chem. 1999, 274:33025.
126. Muhlenhoff U., Gerber J., Richhardt N., Lill R. EMBO J. 2003, 22:4815.
127. Fosset C., Chauveau M.J., Guillon B., Canal F., Drapier J.C., Bouton C. J. Biol. Chem. 2006, 281:25398.
128. Li K., Tong W.H., Hughes R.M., Rouault T.A. J. Biol. Chem. 2006, 281:12344.
129. Schwartz C.J., Djaman O., Imlay J.A., Kiley P.J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97:9009.
130. Smid O., Horakova E., Vilimova V., Hrdy I., Cammack R., Horvath A., Lukes J., Tachezy J. J. Biol. Chem. 2006, 281:28679.
131. Mihara H., Esaki N. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2002, 60:12.
132. Mueller E.G. Nat. Chem. Biol. 2006, 2:185.
133. Kessler D. FEMS Microbiol. Rev. 2006, 30:825.
134. Adam A.C., Bornhovd C., Prokisch H., Neupert W., Hell K. EMBO J. 2006, 25:174.
135. Wiedemann N., Urzica E., Guiard B., Muller H., Lohaus C., Meyer H.E., Ryan M.T., Meisinger C., Muhlenhoff U., Lill R., Pfanner N. EMBO J. 2006, 25:184.
136. Shan Y., Napoli E., Cortopassi G. Hum. Mol. Genet. 2007, 16:929.
137. Shi Y., Ghosh M.C., Tong W.H., Rouault T.A. Hum. Mol. Genet. 2009, 18:3014.
138. Kurihara T., Mihara H., Kato S., Yoshimura T., Esaki N. Biochim. Biophys. Acta 2003, 1647:303.
139. Muhlenhoff U., Richhardt N., Gerber J., Lill R. J. Biol. Chem. 2002, 277:29810.
140. Li J., Saxena S., Pain D., Dancis A. J. Biol. Chem. 2001, 276:1503.
141. Liu Y., Cowan J.A. Chem. Commun. (Camb) 2007, 3192.
142. Bandyopadhyay S., Naik S.G., O'Carroll I.P., Huynh B.H., Dean D.R., Johnson M.K., Dos Santos P.C. J. Biol. Chem. 2008, 283:14092.
143. Garland S.A., Hoff K., Vickery L.E., Culotta V.C. J. Mol. Biol. 1999, 294:897.
144. Nakamura Y., Kaneko T., Hirosawa M., Miyajima N., Tabata S. Nucleic Acids Res. 1998, 26:63.
145. Bandyopadhyay S., Chandramouli K., Johnson M.K. Biochem. Soc. Trans. 2008, 36:1112.
146. Luo M., Jiang Y.L., Ma X.X., Tang Y.J., He Y.X., Yu J., Zhang R.G., Chen Y., Zhou C.Z. J. Mol. Biol. 2010, 398:614.
147. Lillig C.H., Berndt C., Vergnolle O., Lonn M.E., Hudemann C., Bill E., Holmgren A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102:8168.
148. Feng Y., Zhong N., Rouhier N., Hase T., Kusunoki M., Jacquot J.P., Jin C., Xia B. Biochemistry 2006, 45:7998.
149. Johansson C., Kavanagh K.L., Gileadi O., Oppermann U. J. Biol. Chem. 2007, 282:3077.
150. Rouhier N., Unno H., Bandyopadhyay S., Masip L., Kim S.K., Hirasawa M., Gualberto J.M., Lattard V., Kusunoki M., Knaff D.B., Georgiou G., Hase T., Johnson M.K., Jacquot J.P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104:7379.
151. Iwema T., Picciocchi A., Traore D.A., Ferrer J.L., Chauvat F., Jacquamet L. Biochemistry 2009, 48:6041.
152. Rouhier N., Couturier J., Johnson M.K., Jacquot J.P. Trends Biochem. Sci. 2010, 35:43.
153. Bandyopadhyay S., Gama F., Molina-Navarro M.M., Gualberto J.M., Claxton R., Naik S.G., Huynh B.H., Herrero E., Jacquot J.P., Johnson M.K., Rouhier N. EMBO J. 2008, 27:1122.
154. Liu Y., Qi W., Cowan J.A. Biochemistry 2009, 48:973.