Non-B DNA structures show diverse conformations and complex transition kinetics comparable to RNA or proteins-A perspective from mechanical unfolding and refolding experiments

Chemical Record

Volumn 13, Issue 1, 2013, Pages 102-116

  Yu, Zhongbo ^a   Mao, Hanbin ^a  

^a KENT STATE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

mechanical stability; non B DNA; proteins; single molecule laser tweezers; transition dynamics

Indexed keywords

DNA B; GUANINE QUADRUPLEX; PROTEIN; RNA;

ARTICLE; CHEMISTRY; CIRCULAR DICHROISM; CONFORMATION; KINETICS; METABOLISM; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY; PH; PHASE TRANSITION; X RAY CRYSTALLOGRAPHY;

CIRCULAR DICHROISM; CRYSTALLOGRAPHY, X-RAY; DNA, B-FORM; G-QUADRUPLEXES; HYDROGEN-ION CONCENTRATION; KINETICS; MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY; NUCLEIC ACID CONFORMATION; PHASE TRANSITION; PROTEINS; RNA;

EID: 84874270241     PISSN: 15278999     EISSN: 15280691     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/tcr.201200021     Document Type: Article

References (86)

1. G. Elgar, T. Vavouri, Trends Genet 2008, 24, 344-352.
2. a) E. Besnard, A. Babled, L. Lapasset, O. Milhavet, H. Parrinello, C. Dantec, J. M. Marin, J. M. Lemaitre, Nat. Struct. Mol. Biol. 2012, 19, 837-844
3. b) K. Paeschke, J. A. Capra, V. A. Zakian, Cell 2011, 145, 678-691
4. c) R. D. Wells, Trends Biochem. Sci. 2007, 32, 271-278
5. d) A. T. Phan, V. Kuryavyi, D. J. Patel, Curr. Opin. Struct. Biol. 2006, 16, 288-298.
6. J. L. Huppert, S. Balasubramanian, Nucleic Acids Res. 2005, 33, 2908-2916.
7. J. L. Huppert, S. Balasubramanian, Nucleic Acids Res. 2007, 35, 406-413.
8. a) G. P. Schroth, P. S. Ho, Nucleic Acids Res. 1995, 23, 1977-1983
9. b) G. P. Schroth, P. J. Chou, P. S. Ho, J. Biol. Chem. 1992, 267, 11846-11855.
10. a) S. L. Palumbo, S. W. Ebbinghaus, L. H. Hurley, J Am. Chem. Soc. 2009, 131, 10878-10891
11. b) C. Broxson, J. Beckett, S. Tornaletti, Biochemistry 2011, 50, 4162-4172.
12. a) M. D. Wang, M. J. Schnitzer, H. Yin, R. Landick, J. Gelles, S. M. Block, Science 1998, 282, 902-907
13. b) E. A. Galburt, S. W. Grill, A. Wiedmann, L. Lubkowska, J. Choy, E. Nogales, M. Kashlev, C. Bustamante, Nature 2007, 446, 820-823.
14. a) K. C. Neuman, A. Nagy, Nat Meth 2008, 5, 491-505
15. b) J. R. Moffitt, Y. R. Chemla, S. B. Smith, C. Bustamante, Annu. Rev. Biochem. 2008, 77, 205-228
16. c) I. De Vlaminck, C. Dekker, Annu. Rev. Biophys. 2012, 41, 453-472
17. d) E. M. Puchner, H. E. Gaub, Curr. Opin. Struct. Biol. 2009, 19, 605-614.
18. a) M. Rief, M. Gautel, F. Oesterhelt, J. M. Fernandez, H. E. Gaub, Science 1997, 276, 1109-1112
19. b) S. Lynch, H. Baker, S. G. Byker, D. Zhou, K. Sinniah, Chem. Eur. J. 2009, 15, 8113-8116.
20. a) S. B. Smith, Y. J. Cui, C. Bustamante, Science 1996, 271, 795-799
21. b) Z. Bryant, M. D. Stone, J. Gore, S. B. Smith, N. R. Cozzarelli, C. Bustamante, Nature 2003, 424, 338-341
22. c) M. D. Wang, H. Yin, R. Landick, J. Gelles, S. M. Block, Biophys. J. 1997, 72, 1335-1346
23. d) P. Luchette, N. Abiy, H. Mao, Sens. Actuators B 2007, 128, 154-160
24. e) H. Mao, P. Luchette, Sens. Actuators B 2008, 129, 764-771.
25. a) C. G. Baumann, S. B. Smith, V. A. Bloomfield, C. Bustamante, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997, 94, 6185-6190
26. b) T. Odijk, Macromolecules 1995, 28, 7016-7018
27. c) S. B. Smith, Y. Cui, C. Bustamante, Science 1996, 271, 795-799.
28. C. Jarzynski, Phys. Rev. Lett. 1997, 78, 2690-2693.
29. a) G. E. Crooks, Phys. Rev. E 1999, 60, 2721-2726
30. b) D. Collin, F. Ritort, C. Jarzynski, S. B. Smith, I. J. Tinoco, C. Bustamante, Nature 2005, 437, 231-234.
31. H. Clausen-Schaumann, M. Rief, C. Tolksdorf, H. E. Gaub, Biophys. J. 2000, 78, 1997-2007.
32. a) O. Dudko, G. Hummer, A. Szabo, Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 108101
33. b) W. J. Greenleaf, K. L. Frieda, D. A. N. Foster, M. T. Woodside, S. M. Block, Science 2008, 319, 630-633.
34. a) E. Evans, Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2001, 30, 105-128
35. b) P. T. X. Li, D. Collin, S. B. Smith, C. Bustamante, I. Tinoco Jr., Biophys. J. 2006, 90, 250-260.
36. a) S. A. McKinney, C. Joo, T. Ha, Biophys. J. 2006, 91, 1941-1951
37. b) Y. Gao, S. Zorman, G. Gundersen, Z. Xi, L. Ma, G. Sirinakis, J. E. Rothman, Y. Zhang, Science 2012, 337, 1340-1343
38. c) J. Stigler, F. Ziegler, A. Gieseke, J. C. M. Gebhardt, M. Rief, Science 2011, 334, 512-516.
39. Z. Yu, V. Gaerig, Y. Cui, H. Kang, V. Gokhale, Y. Zhao, L. H. Hurley, H. Mao, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 5157-5164.
40. a) D. Koirala, S. Dhakal, B. Ashbridge, Y. Sannohe, R. Rodriguez, H. Sugiyama, S. Balasubramanian, H. Mao, Nat. Chem. 2011, 3, 782-787
41. b) Z. Yu, D. Koirala, Y. Cui, L. F. Easterling, Y. Zhao, H. Mao, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 12338-12341.
42. a) M. T. Woodside, P. C. Anthony, W. M. Behnke-Parks, K. Larizadeh, D. Herschlag, S. M. Block, Science 2006, 314, 1001-1004
43. b) M. T. Woodside, W. M. Behnke-Parks, K. Larizadeh, K. Travers, D. Herschlag, S. M. Block, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 6190-6195; see also Ref. [15b].
44. W. Cheng, S. G. Arunajadai, J. R. Moffitt, I. Tinoco Jr., C. Bustamante, Science 2011, 333, 1746-1749.
45. Z. Yu, J. D. Schonhoft, S. Dhakal, R. Bajracharya, R. Hegde, S. Basu, H. Mao, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 1876-1882.
46. H. Yu, A. N. Gupta, X. Liu, K. Neupane, A. M. Brigley, I. Sosova, M. T. Woodside, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2012, 109, 14452-14457.
47. D. Koirala, Z. Yu, S. Dhakal, H. Mao, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 9988-9991.
48. T. Ramreddy, R. Sachidanandam, T. R. Strick, Nucleic Acids Res. 2011, 39, 4275-4283.
49. a) F. Fogolari, H. Haridas, A. Corazza, P. Viglino, D. Cora, M. Caselle, G. Esposito, L. Xodo, BMC Struct. Biol. 2009, 9, 64
50. b) M. W. da Silva, Chem. Eur. J. 2007, 13, 9738-9745.
51. a) G. N. Parkinson, M. P. Lee, S. Neidle, Nature 2002, 417, 876-880
52. b) J. Dai, C. Punchihewa, A. Ambrus, D. Chen, R. A. Jones, D. Yang, Nucleic Acids Res. 2007, 35, 2440-2450
53. c) A. T. Phan, K. N. Luu, D. J. Patel, Nucleic Acids Res. 2006, 34, 5715-5719
54. d) Y. Xu, T. Ishizuka, K. Kurabayashi, M. Komiyama, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2009, 48, 7833-7836
55. e) A. Guédin, J. Gros, P. Alberti, J. L. Mergny, Nucleic Acids Res. 2010, 38, 7858-7868
56. f) L. Ying, J. J. Green, H. Li, D. Klenerman, S. Balasubramanian, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2003, 100, 14629-14634
57. g) J. Y. Lee, B. Okumus, D. S. Kim, T. Ha, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005, 102, 18938-18943.
58. M. Karplus, Nat. Chem. Biol. 2011, 7, 401-404.
59. J. L. Huppert, A. Bugaut, S. Kumari, S. Balasubramanian, Nucleic Acids Res. 2008, 36, 6260-6268.
60. D. Thirumalai, S. A. Woodson, Acc. Chem. Res. 1996, 29, 433-439.
61. a) S. T. Bennett, A. M. Lucassen, S. C. L. Gough, E. E. Powell, D. E. Undlien, L. E. R. Pritchard, M. E. Merriman, Y. Kawaguchi, M. J. Dronsfiled, F. Pociot, J. Nerup, N. Bouzekri, A. Cambon-Thomsen, K. S. Ronningen, A. H. Barnett, S. C. Bain, J. A. Todd, Nat. Genet. 1995, 9, 284-292
62. b) D. M. Waterworth, S. T. Bennett, N. Gharani, M. I. McCarthy, S. Hague, S. Batty, G. S. Conway, D. White, J. A. Todd, S. Franks, R. Williamson, Lancet 1997, 349, 986-990
63. c) K. K. L. Ong, D. I. Phillips, C. Fall, J. Poulton, S. T. Bennett, J. Golding, J. A. Todd, D. B. Dunger, Nat. Genet. 1999, 21, 262-263.
64. a) Y. X. Mejia, H. Mao, N. R. Forde, C. Bustamante, J. Mol. Biol. 2008, 382, 628-637
65. b) T. T. Perkins, H.-W. Li, R. V. Dalal, J. Gelles, S. M. Block, Biophys. J. 2004, 86, 1640-1648.
66. M. de Messieres, J.-C. Chang, B. Brawn-Cinani, A. La Porta, Phys. Rev. Lett. 2012, 109, 058101.
67. a) M. Wu, I. Tinoco Jr., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1998, 95, 11555-11560
68. b) R. Behrouzi, J. H. Roh, D. Kilburn, R. M. Briber, S. A. Woodson, Cell 2012, 149, 348-357
69. c) F. Xia, D. Thirumalai, F. Grater, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2011, 108, 6963-6968
70. d) J. E. Straub, D. Thirumalai, Annu. Rev. Phys. Chem. 2011, 62, 437-463.
71. J. D. Schonhoft, R. Bajracharya, S. Dhakal, Z. Yu, H. Mao, S. Basu, Nucleic Acids Res. 2009, 37, 3310-3320.
72. S. Dhakal, J. D. Schonhoft, D. Koirala, Z. Yu, S. Basu, H. Mao, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 8991-8997.
73. S. Dhakal, Z. Yu, R. Konik, Y. Cui, D. Koirala, H. Mao, Biophys. J. 2012, 102, 2575-2584.
74. a) S. Cogoi, L. E. Xodo, Nucleic Acids Res. 2006, 34, 2536-2549
75. b) A. Siddiqui-Jain, C. L. Grand, D. J. Bearss, L. H. Hurley, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002, 99, 11593-11598.
76. Y. Xu, H. Sato, Y. Sannohe, K.-i. Shinohara, H. Sugiyama, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 16470-16471.
77. Y. Sannohe, M. Endo, Y. Katsuda, K. Hidaka, H. Sugiyama, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16311-16313.
78. D. Koirala, T. Mashimo, Y. Sannohe, Z. Yu, H. Mao, H. Sugiyama, Chem. Commun. 2012, 48, 2006-2008.
79. S. Dhakal, J. L. Lafontaine, Z. Yu, D. Koirala, H. Mao, PLoS ONE 2012, 7, e39271.
80. a) S. Hormeno, F. Moreno-Herrero, B. Ibarra, J. L. Carrascosa, J. M. Valpuesta, J. R. Arias-Gonzalez, Biophys. J. 2011, 100, 2006-2015
81. b) S. Hormeno, B. Ibarra, J. L. Carrascosa, J. M. Valpuesta, F. Moreno-Herrero, J. R. Arias-Gonzalez, Biophys. J. 2011, 100, 1996-2005.
82. M. Lee, S. H. Kim, S. C. Hong, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2010, 107, 4985-4990.
83. D. Koirala, S. Dhakal, B. Ashbridge, Y. Sannohe, R. Rodriguez, H. Sugiyama, S. Balasubramanian, H. Mao, Nat. Chem. 2011, 3, 782-787.
84. C. H. Lin, D. J. Patel, Chemistry & Biology 1997, 4, 817-832.
85. P. M. Yangyuoru, S. Dhakal, Z. Yu, D. Koirala, S. M. Mwongela, H. Mao, Anal. Chem. 2012, 84, 5298-5303.
86. J. A. Phillips, D. Lopez-Colon, Z. Zhu, Y. Xu, W. Tan, Anal. Chim. Acta. 2008, 621, 101-108.