DNA recognition by synthetic constructs

ChemBioChem

Volumn 12, Issue 13, 2011, Pages 1958-1973

  Pazos, Elena ^a   Mosquera, Jesús ^a   Vázquez, M Eugenio ^a   Mascareñas, José L ^a  

^a UNIVERSITY OF SANTIAGO DE COMPOSTELA   (Spain)

Author keywords

DNA recognition; Peptides; Stimuli responsive systems; Synthetic biology; Transcription factors

Indexed keywords

BASIC LEUCINE ZIPPER TRANSCRIPTION FACTOR; DOUBLE STRANDED DNA; HELIX LOOP HELIX PROTEIN; SYNTHETIC DNA; TRANSCRIPTION FACTOR;

BASIC LEUCINE ZIPPER MOTIF; DIMERIZATION; DNA BINDING; DNA BINDING MOTIF; DNA DETERMINATION; DNA HELIX; DNA STRUCTURE; HUMAN; MOLECULAR INTERACTION; PRIORITY JOURNAL; PROTEIN DNA INTERACTION; REVIEW; X RAY CRYSTALLOGRAPHY; ZINC FINGER MOTIF;

AMINO ACID SEQUENCE; DNA; GENE EXPRESSION; HUMANS; MODELS, MOLECULAR; MOLECULAR SEQUENCE DATA; NUCLEIC ACID CONFORMATION;

EID: 80052179394     PISSN: 14394227     EISSN: 14397633     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/cbic.201100247     Document Type: Review

References (162)

1. D. S. Latchman, Eukaryotic Transcription Factors, Elsevier, London, 2003.
2. N. M. Luscombe, S. E. Austin, H. M. Berman, J. M. Thornton, Genome Biol. 2000, 1, 1-10.
3. C. W. Garvie, C. Wolberger, Mol. Cell 2001, 8, 937-946.
4. Y. Choo, A. Klug, Curr. Opin. Struct. Biol. 1997, 7, 117-125.
5. N. M. Luscombe, R. A. Laskowski, J. M. Thornton, Nucleic Acids Res. 2001, 29, 2860-2874.
6. Y. Mandel-Gutfreund, O. Schueler, H. J. Margalit, J. Mol. Biol. 1995, 253, 370-382.
7. M. E. Vázquez, A. M. Caamaño, J. L. Mascareñas, Chem. Soc. Rev. 2003, 32, 338-349.
8. R. Rohs, S. M. West, A. Sosinsky, P. Liu, R. S. Mann, B. Honig, Nature 2009, 461, 1248-1253.
9. This review focuses on the recognition of dsDNA; therefore the term DNA refers to double stranded DNA in its B form.
10. J. D. Watson, F. H. Crick, Nature 1953, 171, 737-738.
11. C. R. Calladine, H. R. Drew, B. F. Luisi, A. A. Travers, Understanding DNA: The Molecule and How it Works, 3rd ed., Elsevier, San Diego, 2004; pp. 18-63.
12. V. A. Bloomfield, D. M. Crothers, I. Tinoco, Jr., Nucleic Acids: Structures, Properties, and Functions, University Science Books, Sausalito, 2000.
13. R. Wing, H. Drew, T. Takano, C. Broka, S. Tanaka, K. Itakura, R. E. Dickerson, Nature 1980, 287, 755-758.
14. The PyMOL Molecular Graphics System, Version 1.3, Schrödinger, LLC.
15. A. Sarai, J. Mazur, R. L. Jernigan, Biochemistry 1988, 27, 8498-8502.
16. C. R. Calladine, J. Mol. Biol. 1982, 161, 343-352.
17. R. E. Dickerson, J. Mol. Biol. 1983, 166, 419-441.
18. R. Stefl, H. Wu, S. Ravindranathan, V. Sklenár, J. Feigon, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2004, 101, 1177-1182.
19. A. S. Maki, T. Kim, E. T. Kool, Biochemistry 2004, 43, 1102-1110.
20. D. M. Crothers, T. E. Haran, J. G. Nadeau, J. Biol. Chem. 1990, 265, 7093-7096.
21. H. M. Berman, J. Westbrook, Z. Feng, G. Gilliland, T. N. Bhat, H. Weissig, I. N. Shindyalov, P. E. Bourne, Nucleic Acids Res. 2000, 28, 235-242.
22. H. C. M. Nelson, Curr. Opin. Genet. Dev. 1995, 5, 180-189.
23. R. Rohs, X. Jin, S. M. West, R. Joshi, B. Honig, R. S. Mann, Annu. Rev. Biochem. 2010, 79, 233-269.
24. C. W. Garvie, C. Wolberger, Mol. Cell 2001, 8, 937-946.
25. C. O. Pabo, R. T. Sauer, Annu. Rev. Biochem. 1992, 61, 1053-1095.
26. H. C. Hurst, Protein Profile 1995, 2, 105-168.
27. Y. Fujii, T. Shimizu, T. Toda, M. Yanagida, T. Hakoshima, Nat. Struct. Biol. 2000, 7, 889-893.
28. W. J. Gehring, Y. Q. Qian, M. Billeter, K. Furukubo-Tokunaga, A. F. Schier, D. Resendez-Perez, M. Affolter, G. Otting, K. Wüthrich, Cell 1994, 78, 211-223.
29. S. C. Harrison, Nature 1991, 353, 715-719.
30. R. Joshi, J. M. Passner, R. Rohs, R. Jain, A. Sosinsky, M. A. Crickmore, V. Jacob, A. K. Aggarwal, B. Honig, R. S. Mann, Cell 2007, 131, 530-543.
31. J.-A. Feng, R. C. Johnson, R. E. Dickerson, Science 1994, 263, 348-355.
32. A. Reményi, A. Tomilin, E. Pohl, K. Lins, A. Philippsen, R. Reinbold, H. R. Schöler, M. Wilmanns, Mol. Cell 2001, 8, 569-580.
33. A. Klug, J. W. R. Schwabe, FASEB J. 1995, 9, 597-604.
34. S. Iuchi, Cell. Mol. Life Sci. 2001, 58, 625-635.
35. J. H. Laity, B. M. Lee, P. E. Wright, Curr. Opin. Struct. Biol. 2001, 11, 39-46.
36. S. A. Wolfe, L. Nekludova, C. O. Pabo, Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2000, 29, 183-212.
37. P. B. Rupert, G. W. Daughdrill, B. Bowerman B. W. Matthews, Nat. Struct. Biol. 1998, 5, 484-491.
38. J. G. Omichinski, P. V. Pedone, G. Felsenfeld, A. M. Gronenborn, G. M. Clore, Nat. Struct. Biol. 1997, 4, 122-132.
39. S. Choe, S. X. Sun, Biophys. J. 2007, 92, 1204-1214.
40. B. E. Raumann, M. A. Rould, C. O. Pabo, R. T. Sauer, Nature 1994, 367, 754-757.
41. L. Aravind, D. Landsman, Nucleic Acids Res. 1998, 26, 4413-4421.
42. R. Reeves, M. S. Nissen, J. Biol. Chem. 1990, 265, 8573-8582.
43. J. R. Huth, C. A. Bewley, M. S. Nissen, J. N. S. Evans, R. Reeves, A. M. Gronenborn, G. M. Clore, Nat. Struct. Biol. 1997, 4, 657-665.
44. C. O. Pabo, L. Nekludova, J. Mol. Biol. 2000, 301, 597-624.
45. C. J. Larson, G. L. Verdine in Bioorganic Chemistry: Nucleic Acids (Ed.: S. M. Hetch), Oxford University Press, New York, 1996.
46. N. Jones, Cell 1990, 61, 9-11.
47. L. Nekludova, C. O. Pabo, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1994, 91, 6948-6952.
48. C. Crane-Robinson, A. I. Dragan, P. L. Privalov, Trends Biochem. Sci. 2006, 31, 547-552.
49. A. Tóth-Petróczy, I. Simon, M. Fuxreiter, Y. Levi, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 15084-15085.
50. I. S. Blagbrough, A. J. Geall, A. P. Neal, Biochem. Soc. Trans. 2003, 31, 397-406.
51. F. Feng, Y. Tang, F. He, M. Yu, X. Duan, S. Wang, Y. Li, D. Zhu, Adv. Mater. 2007, 19, 3490-3495.
52. B. Liu, G. C. Bazan, Chem. Mater. 2004, 16, 4467-4476.
53. L. Strekowski, B. Wilson, Mutat. Res. 2007, 623, 3-13.
54. D. R. Boer, A. Canals, M. Coll, J. Chem. Soc. Dalton Trans. 2009, 3, 399-414.
55. L. S. Lerman, J. Mol. Biol. 1961, 3, 18-30.
56. L. S. Lerman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1963, 49, 94-102.
57. S. Komeda, T. Moulaei, K. K. Woods, M. Chikuma, N. P. Farrell, L. D. Williams, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16092-16103.
58. G.-X. He, K. A. Browne, J. C. Groppe, A. Blaskó, H.-Y. Mei, T. C. Bruice, J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 7061-7071.
59. K. A. Browne, G.-X. He, T. C. Bruice, J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 7072-7079.
60. A. Blaskó, K. A. Browne, G.-X. He, T. C. Bruice, J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 7080-7092.
61. A. L. Satz, T. C. Bruice, Acc. Chem. Res. 2002, 35, 86-95.
62. E. F. Gale, E. Cundliffe, P. E. Reynolds, M. H. Richmond, M. J. Waring, The Molecular Basis of Antibiotic Action, 2nd ed., Wiley, Chichester, 1981.
63. A. D. Richards, A. Rodger, Chem. Soc. Rev. 2007, 36, 471-483.
64. B. M. Zeglis, V. C. Pierre, J. K. Barton, Chem. Commun. 2007, 4565-4579.
65. K. L. Haas, K. J. Franz, Chem. Rev. 2009, 109, 4921-4960.
66. P. C. A. Bruijnincx, P. J. Sadler, Curr. Opin. Chem. Biol. 2008, 12, 197-206.
67. D. E. Wemmer, Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2000, 29, 439-461.
68. B. S. P. Reddy, S. M. Sondhi, J. W. Lown, Pharmacol. Ther. 1999, 84, 1-111.
69. C. Bailly, J. B. Chaires, Bioconjugate Chem. 1998, 9, 513-538.
70. S. Neidle, DNA Structure and Recognition, OUP, Oxford, 1994.
71. S. Neidle, Nat. Prod. Rep. 2001, 18, 291-309.
72. X. Shui, L. McFail-Isom, G. G. Hu, L. D. Williams, Biochemistry 1998, 37, 8341-8355.
73. J. W. R. Schwabe, Curr. Opin. Struct. Biol. 1997, 7, 126-134.
74. A. N. Lane, T. C. Jenkins, T. A. Frenkiel, Biochim. Biophys. Acta, Gene Struct. Expression 1997, 1350, 205-220.
75. N. N. Degtyareva, B. D. Wallace, A. R. Bryant, K. M. Loo, J. T. Petty, Biophys. J. 2007, 92, 959-965.
76. P. B. Dervan, R. W. Bürli, Curr. Opin. Chem. Biol. 1999, 3, 688-693.
77. C. L. Kielkopf, S. White, J. W. Szewczyk, J. M. Turner, E. E. Baird, P. B. Dervan, D. C. Rees, Science 1998, 282, 111-115.
78. C. L. Kielkopf, R. E. Bremer, S. White, J. W. Szewczyk, J. M. Turner, E. E. Baird, P. B. Dervan, D. C. Rees, J. Mol. Biol. 2000, 295, 557-567.
79. P. B. Dervan, B. S. Edelson, Curr. Opin. Struct. Biol. 2003, 13, 284-299.
80. P. B. Dervan, Bioorg. Med. Chem. 2001, 9, 2215-2235.
81. Most of these non-natural zinc-finger proteins are recombinant and therefore not discussed in this review. For leading references, see:.
82. K. J. Brayer, D. Segal, Cell Biochem. Biophys. 2008, 50, 111-131.
83. S. Negi, M. Imanishi, M. Matsumoto, Y. Sugiura, Chem. Eur. J. 2008, 14, 3236-3249.
84. R. V. Talanian, C. J. McKnight, P. S. Kim, Science 1990, 249, 769-771.
85. R. V. Talanian, C. J. McKnight, R. Rutkowski, P. S. Kim, Biochemistry 1992, 31, 6871-6875.
86. B. Cuenoud, A. Schepartz, Science 1993, 259, 510-513.
87. C. R. Palmer, L. S. Sloan, J. C. Adrian Jr., B. Cuenod, D. N. Paolella, A. Schepartz, J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 8899-8907.
88. T. Morii, M. Simomura, S. Morimoto, I. Saito, J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 1150-1151.
89. M. Ueno, A. Murakami, K. Makino, T. Morii, J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 12575-12576.
90. T. Morii, J. Yamane, Y. Aizawa, K. Makino, Y. Sugiura, J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 10011-10017.
91. A. M. Caamaño, M. E. Vázquez, J. Martínez-Costas, L. Castedo, J. L. Mascareñas, Angew. Chem. 2000, 112, 3234-3237; Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 3104-3107.
92. C. Park, J. L. Campbell, W. A. Goddard III, J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 6287-6291.
93. J. A. Robinson, ChemBioChem 2009, 10, 971-973.
94. P.-A. Nygren, A. Skerra, J. Immunol. Methods 2004, 290, 3-28.
95. J. Fernandez-Carneado, D. Grell, P. Durieux, J. Hauert, T. Kovacsovics, G. Tuchscherer, Biopolymers 2000, 55, 451-458.
96. V. Nanda, R. L. Koder, Nat. Chem. 2010, 2, 15-24.
97. H. Domingues, D. Cregut, W. Sebald, H. Oschkinat, L. Serrano, Nat. Struct. Biol. 1999, 6, 652-656.
98. N. J. Zondlo, A. Schepartz, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 6938-6939.
99. J. W. Chin, A. Schepartz, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 2929-2930.
100. J. K. Montclare, A. Schepartz, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 3416-3417.
101. T. Morii, S.-I. Sato, M. Hagihara, Y. Mori, K. Imoto, K. Makino, Biochemistry 2002, 41, 2177-2183.
102. M. Thompson, N. W. Woodbury, Biochemistry 2000, 39, 4327-4338.
103. M. Thompson, N. W. Woodbury, Biophys. J. 2001, 81, 1793-1804.
104. N. Y. Sardesai, S. C. Lin, K. Zimmermann, J. K. Barton, Bioconjugate Chem. 1995, 6, 302-312.
105. N. Y. Sardesai, J. K. Barton, J. Biol. Inorg. Chem. 1997, 2, 762-771.
106. N. Y. Sardesai, K. Zimmermann, J. K. Barton, J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 7502-7508.
107. M. P. Fitzsimons, J. K. Barton, J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 3379-3380.
108. K. D. Copeland, M. P. Fitzsimons, R. P. Houser, J. K. Barton, Biochemistry 2002, 41, 343-356.
109. E. Vázquez, A. M. Caamaño, L. Castedo, D. Gramberg, J. L. Mascareñas, Tetrahedron Lett. 1999, 40, 3625-3628.
110. M. E. Vázquez, A. M. Caamaño, J. Martínez-Costas, L. Castedo, J. L. Mascareñas, Angew. Chem. 2001, 113, 4859-4861; Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 4723-4725.
111. J. B. Blanco, M. E. Vázquez, J. Martinez-Costas, L. Castedo, J. L. Mascareñas, Chem. Biol. 2003, 10, 713-722.
112. C. Portela, F. Albericio, R. Eritja, L. Castedo, J. L. Mascareñas, ChemBioChem 2007, 8, 1110-1114.
113. J. W. Szewczyk, E. E. Baird, P. B. Dervan, Angew. Chem. 1996, 108, 1596-1598; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1996, 35, 1487-1489.
114. J. B. Blanco, O. Vázquez, J. Martinez-Costas, L. Castedo, J. L. Mascareñas, Chem. Eur. J. 2005, 11, 4171-4178.
115. J. B. Blanco, V. I. Dodero, M. E. Vázquez, M. Mosquera, L. Castedo, J. L. Mascareñas, Angew. Chem. 2006, 118, 8390-8394; Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 8210-8214.
116. O. Vázquez, J. B. Blanco-Canosa, M. E. Vázquez, J. Martínez-Costas, L. Castedo, J. L. Mascareñas, ChemBioChem 2008, 9, 2822-2829.
117. R. L. Stafford, H.-D. Arndt, M. L. Brezinski, A. Z. Ansari, P. B. Dervan, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 2660-2668.
118. H.-D. Arndt, K. E. Hauschild, D. P. Sullivan, K. Lake, P. B. Dervan, A. Z. Ansari, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 13322-13323.
119. A. K. Mapp, A. Z. Ansari, M. Ptashne, P. B. Dervan, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2000, 97, 3930-3935.
120. P. S. Arora, A. Z. Ansari, T. P. Best, M. Ptashne, P. B. Dervan, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 13067-13071.
121. Y. Azuma, M. Imanishi, T. Yoshimura, T. Kawabata, S. Futaki, Angew. Chem. 2009, 121, 6985-6988; Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 6853-6856.
122. J. Andersson, S. Li, P. Lincoln, J. Andréasson, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 11836-11837.
123. M. Hammarson, J. Andersson, S. Li, P. Linclon, J. Andréasson, Chem. Commun. 2010, 46, 7130-7132.
124. M. L. Di Pietro, F. Puntoriero, F. Tuyéras, P. Ochsenbein, P. P. Lainé, S. Campagna, Chem. Commun. 2010, 46, 5169-5171.
125. C. Dugave, L. Demange, Chem. Rev. 2003, 103, 2475-2532.
126. C. Renner, L. Moroder, ChemBioChem 2006, 7, 868-878.
127. C. Sissi, P. Rossi, F. Felluga, F. Formaggio, M. Palumbo, P. Tecilla, C. Toniolo, P. Scrimin, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 3169-3170.
128. A. Basak, D. Mitra, M. Kar, K. Biradha, Chem. Commun. 2008, 3067-3069.
129. S. Ghosh, D. Usharani, S. De, E. D. Jemmis, S. Bhattacharya, Chem. Asian J. 2008, 3, 1949-1961.
130. G. A. Woolley, Acc. Chem. Res. 2005, 38, 486-493.
131. J. R. Kumita, O. S. Smart, G. A. Woolley, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2000, 97, 3803-3808.
132. Z. Zhang, D. C. Burns, J. R. Kumita, O. S. Smart, G. A. Woolley, Bioconjugate Chem. 2003, 14, 824-829.
133. J. R. Kumita, D. G. Flint, G. A. Woolley, O. S. Smart, Faraday Discuss. 2003, 122, 89-103.
134. G. A. Woolley, A. S. Jaikaran, M. Berezovski, J. P. Calarco, S. N. Krylov, O. S. Smart, J. R. Kumita, Biochemistry 2006, 45, 6075-6084.
135. L. Guerrero, O. S. Smart, G. A. Woolley, R. K. Allemann, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 15624-15629.
136. F. Zhang, K. A. Timm, K. M. Arndt, G. A. Woolley, Angew. Chem. 2010, 122, 4035-4038; Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 3943-3946.
137. H.-M. Lee, D. R. Larson, D. S. Lawrence, ACS Chem. Biol. 2009, 4, 409-427.
138. G. C. R. Ellis-Davies, Nat. Methods 2007, 4, 619-628.
139. G. Mayer, A. Heckel, Angew. Chem. 2006, 118, 5020-5042; Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 4900-4921.
140. H. Yu, J. Li, D. Wu, Z. Qiu, Y. Zhang, Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 464-473.
141. Y. Ohmuro-Matsuyama, Y. Tatsu, Angew. Chem. 2008, 120, 7637-7639; Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 7527-7529.
142. A. Gautier, D. P. Nguyen, H. Lusic, W. An, A. Deiters, J. W. Chin, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 4086-4088.
143. D. Humphrey, Z. Rajfur, M. E. Vázquez, D. Scheswohl, M. D. Schaller, K. Jacobson, B. Imperiali, J. Biol. Chem. 2005, 280, 22091-22101.
144. K. L. Ciesienski, L. M. Hyman, D. T. Yang, K. L. Haas, M. G. Dickens, R. J. Holbrook, K. J. Franz, Eur. J. Inorg. Chem. 2010, 2224-2228.
145. S. Park, T. Bando, K.-I. Shinohara, S. Nishijima, H. Sugiyama, Bioconjugate Chem. 2011, 22, 120-124.
146. F. S. Mackay, N. J. Farrer, L. Salassa, H.-C. Tai, R. J. Deeth, S. A. Moggach, P. A. Wood, S. Parsons, P. J. Sadler, Dalton Trans. 2009, 2315-2325.
147. N. A. Kratochwil, J. A. Parkinson, P. J. Bednarski, P. J. Sadler, Angew. Chem. 1999, 111, 1566-1569; Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 38, 1460-1461.
148. I. Ghosh, C. I. Stains, A. T. Ooi, D. J. Segal, Mol. Biosyst. 2006, 2, 551-560.
149. E. Pazos, O. Vázquez, J. L. Mascareñas, M. E. Vázquez, Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 3348-3359.
150. S. Janssen, T. Durussel, U. K. Laemmli, Mol. Cell 2000, 6, 999-1011.
151. K. Maeshima, S. Janssen, U. K. Laemmli, EMBO J. 2001, 20, 3218-3228.
152. V. C. Rucker, S. Foister, C. Melander, P. B. Dervan, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1195-1202.
153. V. C. Rucker, A. R. Dunn, S. Sharma, P. B. Dervan, H. B. Gray, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 7490-7494.
154. C. L. Warren, N. C. S. Kratochvil, K. E. Hauschild, S. Foister, M. L. Brezinski, P. B. Dervan, G. N. Phillips Jr., A. Z. Ansari, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 867-872.
155. E. J. Fechter, B. Olenyuk, P. B. Dervan, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16685-16691.
156. A. Granzhan, H. Ihmels, G. Viola, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1254-1267.
157. N. Svanvik, G. Westman, D. Wang, M. Kubista, Anal. Biochem. 2000, 281, 26-35.
158. O. Köhler, O. Seitz, Chem. Commun. 2003, 2938-2939.
159. D. M. Chenoweth, A. Viger, P. B. Dervan, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 2216-2217.
160. R. M. Doss, M. A. Marques, S. Foister, D. M. Chenoweth, P. B. Dervan, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 9074-9079.
161. O. Vázquez, M. I. Sánchez, J. Martínez-Costas, M. E. Vázquez, J. L. Mascareñas, Org. Lett. 2010, 12, 216-219.
162. O. Vázquez, M. I. Sánchez, J. L. Mascareñas, M. E. Vázquez, Chem. Commun. 2010, 46, 5518-5520.