Single-molecule assays for investigating protein misfolding and aggregation

Physical Chemistry Chemical Physics

Volumn 15, Issue 21, 2013, Pages 7934-7948

  Hoffmann, Armin ^a   Neupane, Krishna ^a   Woodside, Michael T ^a,b  

^a UNIVERSITY OF ALBERTA   (Canada)

^b NATIONAL RESEARCH COUNCIL CANADA   (Canada)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AMYLOID; PROTEIN;

ANIMAL; ATOMIC FORCE MICROSCOPY; CHEMISTRY; HUMAN; METABOLISM; METHODOLOGY; PROTEIN FOLDING; PROTEIN MULTIMERIZATION; REVIEW; SPECTROFLUOROMETRY;

AMYLOID; ANIMALS; HUMANS; MICROSCOPY, ATOMIC FORCE; PROTEIN FOLDING; PROTEIN MULTIMERIZATION; PROTEINS; SPECTROMETRY, FLUORESCENCE;

EID: 84877702080     PISSN: 14639076     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c3cp44564j     Document Type: Review

References (152)

1. C. M. Dobson Semin. Cell Dev. Biol. 2004 15 3 16
2. R. Jaenicke Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. B 1995 348 97 105
3. E. Monsellier F. Chiti EMBO Rep. 2007 8 737 742
4. B. Hardesty T. Tsalkova G. Kramer Curr. Opin. Struct. Biol. 1999 9 111 114
5. F. U. Hartl A. Bracher M. Hayer-Hartl Nature 2011 475 324 332
6. N. F. S. Bence Science 2001 292 1552
7. J. Tyedmers A. Mogk B. Bukau Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2010 11 777 788
8. R. Rudolph H. Lilie FASEB J. 1996 10 49 56
9. S. Frokjaer D. E. Otzen Nat. Rev. Drug Discovery 2005 4 298 306
10. W. Wang Int. J. Pharm. 2005 289 1 30
11. G. B. Bolli R. D. Di Marchi G. D. Park S. Pramming V. A. Koivisto Diabetologia 1999 42 1151 1167
12. M. Ramirez-Alvarado, J. W. Kelly and C. M. Dobson, Protein Misfolding Diseases: Current and Emerging Principles and Therapies, John Wiley & Sons, 2010
13. R. Nelson M. R. Sawaya M. Balbirnie A. Madsen C. Riekel R. Grothe D. Eisenberg Nature 2005 435 773 778
14. F. Chiti C. M. Dobson Annu. Rev. Biochem. 2006 75 333 366
15. B. Caughey P. T. Lansbury Annu. Rev. Neurosci. 2003 26 267 298
16. C. G. Glabe J. Biol. Chem. 2008 283 29639 29643
17. J. Bieschke M. Herbst T. Wiglenda R. P. Friedrich A. Boeddrich F. Schiele D. Kleckers J. M. L. del Amo B. A. Grüning Q. Wang M. R. Schmidt R. Lurz R. Anwyl S. Schnoegl M. Fändrich R. F. Frank B. Reif S. Günther D. M. Walsh E. E. Wanker Nat. Chem. Biol. 2012 8 93 101
18. D. M. Fowler A. V. Koulov W. E. Balch J. W. Kelly Trends Biochem. Sci. 2007 32 217 224
19. T. Eichner S. E. Radford Mol. Cell 2011 43 8 18
20. B. L. Kagan, in Molecular Biology of Neurodegenerative Diseases, Academic Press, 2012, vol. 107, pp. 295-325
21. H. Olzscha S. M. Schermann A. C. Woerner S. Pinkert M. H. Hecht G. G. Tartaglia M. Vendruscolo M. Hayer-Hartl F. U. Hartl R. M. Vabulas Cell 2011 144 67 78
22. J. Winkler A. Seybert L. König S. Pruggnaller U. Haselmann V. Sourjik M. Weiss A. S. Frangakis A. Mogk B. Bukau EMBO J. 2010 29 910 923
23. M. Goedert F. Clavaguera M. Tolnay Trends Neurosci. 2010 33 317 325
24. G. Natale M. Ferrucci G. Lazzeri A. Paparelli F. Fornai Prion 2011 5 142 149
25. M. W. Miller E. S. Williams Nature 2003 425 35 36
26. A. Aguzzi L. Rajendran Neuron 2009 64 783 790
27. L. I. Grad W. C. Guest A. Yanai E. Pokrishevsky M. A. O'Neill E. Gibbs V. Semenchenko M. Yousefi D. S. Wishart S. S. Plotkin N. R. Cashman Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2011 108 16398 16403
28. J. Stöhr J. C. Watts Z. L. Mensinger A. Oehler S. K. Grillo S. J. DeArmond S. B. Prusiner K. Giles Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012 109 11025 11030
29. C. J. Roberts Biotechnol. Bioeng. 2007 98 927 938
30. A. M. Morris M. A. Watzky R. G. Finke Biochim. Biophys. Acta, Proteins Proteomics 2009 1794 375 397
31. R. Kodali R. Wetzel Curr. Opin. Struct. Biol. 2007 17 48 57
32. R. Wetzel Cell 1996 86 699 702
33. L. Narhi S. J. Wood S. Steavenson Y. Jiang G. M. Wu D. Anafi S. A. Kaufman F. Martin K. Sitney P. Denis J. C. Louis J. Wypych A. L. Biere M. Citron J. Biol. Chem. 1999 274 9843 9846
34. I. Baskakov P. Disterer L. Breydo M. Shaw A. Gill W. James A. Tahiri-Alaoui FEBS Lett. 2005 579 2589 2596
35. C. R. Ellis B. Maiti W. G. Noid J. Am. Chem. Soc. 2012 134 8184 8193
36. N. M. Valette S. E. Radford S. A. Harris S. L. Warriner Chembiochem 2012 13 271 281
37. D. W. Bolen I. V. Baskakov J. Mol. Biol. 2001 310 955 963
38. H.-X. Zhou G. Rivas A. P. Minton Annu. Rev. Biophys. 2008 37 375 397
39. D. Shukla C. P. Schneider B. L. Trout Adv. Drug Delivery Rev. 2011 63 1074 1085
40. C. M. Dobson Methods 2004 34 4 14
41. M. Nilsson Methods 2004 34 151 160
42. L. Giehm N. Lorenzen D. E. Otzen Methods 2011 53 295 305
43. S. Gregoire J. Irwin I. Kwon Korean. J. Chem. Eng. 2012 29 693 702
44. A. Borgia P. M. Williams J. Clarke Annu. Rev. Biochem. 2008 77 101 125
45. A. C. M. Ferreon A. A. Deniz Biochim. Biophys. Acta, Proteins Proteomics 2011 1814 1021 1029
46. W. E. Moerner M. Orrit Science 1999 283 1670 1676
47. M. Böhmer J. Enderlein ChemPhysChem 2003 4 792 808
48. R. Roy S. Hohng T. Ha Nat. Methods 2008 5 507 516
49. D. Duzdevich E. C. Greene Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. B 2013 368 10.1098/rstb.2012.0248
50. I. Rasnik S. A. McKinney T. Ha Acc. Chem. Res. 2005 38 542 548
51. H. S. Chung J. M. Louis W. A. Eaton Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009 106 11837 11844
52. A. E. Cohen W. E. Moerner Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006 103 4362 4365
53. M. Kinoshita K. Kamagata A. Maeda Y. Goto T. Komatsuzaki S. Takahashi Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007 104 10453 10458
54. A. Hoffmann D. Nettels J. Clark A. Borgia S. E. Radford J. Clarke B. Schuler Phys. Chem. Chem. Phys. 2011 13 1857 1871
55. C. Liu Y. Qu Y. Luo N. Fang Electrophoresis 2011 32 3308 3318
56. Y. Gambin V. VanDelinder A. C. M. Ferreon E. A. Lemke A. Groisman A. A. Deniz Nat. Methods 2011 8 239 241
57. D. Nettels A. Hoffmann B. Schuler J. Phys. Chem. B 2008 112 6137 6146
58. T. Ha T. A. Laurence D. S. Chemla S. Weiss J. Phys. Chem. B 1999 103 6839 6850
59. B. Schuler W. A. Eaton Curr. Opin. Struct. Biol. 2008 18 16 26
60. E. Sisamakis, A. Valeri, S. Kalinin, P. J. Rothwell and C. A. M. Seidel, in Single Molecule Tools, Part B: Super-Resolution, Particle Tracking, Multiparameter and Force Based Methods, Academic Press, 2010, vol. 475, pp. 455-514
61. A. J. Trexler E. Rhoades Mol. Neurobiol. 2013 47 622 631
62. H. Yu D. R. Dee M. T. Woodside Prion 2013 7 140 146
63. O. Krichevsky G. Bonnet Rep. Prog. Phys. 2002 65 251 297
64. E. Haustein P. Schwille Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2007 36 151 169
65. K. Post M. Pitschke O. Schäfer H. Wille T. R. Appel D. Kirsch I. Mehlhorn H. Serban S. B. Prusiner D. Riesner Biol. Chem. 1998 379 1307 1317
66. L. O. Tjernberg A. Pramanik S. Björling P. Thyberg J. Thyberg C. Nordstedt K. D. Berndt L. Terenius R. Rigler Chem. Biol. 1999 6 53 62
67. P. Sengupta K. Garai B. Sahoo Y. Shi D. J. E. Callaway S. Maiti Biochemistry 2003 42 10506 10513
68. P. Sengupta K. Garai J. Balaji N. Periasamy S. Maiti Biophys. J. 2003 84 1977 1984
69. S. Nag J. Chen J. Irudayaraj S. Maiti Biophys. J. 2010 99 1969 1975
70. M. Gerard Z. Debyser L. Desender P. J. Kahle J. Baert V. Baekelandt Y. Engelborghs FASEB J. 2006 20 524 526
71. S. Nath J. Meuvis J. Hendrix S. A. Carl Y. Engelborghs Biophys. J. 2010 98 1302 1311
72. J. Enderlein I. Gregor D. Patra J. Fitter Curr. Pharm. Biotechnol. 2004 5 155 161
73. E. P. Petrov and P. Schwille, in Standardization and Quality Assurance in Fluorescence Measurements II, ed., U. Resch-Genger, Springer Berlin Heidelberg, 2008, vol. 6, pp. 145-197
74. J. D. Lam M. J. Culbertson N. P. Skinner Z. J. Barton D. L. Burden Anal. Chem. 2011 83 5268 5274
75. U. Meseth T. Wohland R. Rigler H. Vogel Biophys. J. 1999 76 1619 1631
76. T. Dertinger V. Pacheco I. von der Hocht R. Hartmann I. Gregor J. Enderlein Chemphyschem 2007 8 433 443
77. I. Gregor J. Enderlein Photochem. Photobiol. Sci. 2007 6 13 18
78. M. Pitschke R. Prior M. Haupt D. Riesner Nat. Med. 1998 4 832 834
79. J. Bieschke A. Giese W. Schulz-Schaeffer I. Zerr S. Poser M. Eigen H. Kretzschmar Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2000 97 5468 5473
80. E. Birkmann O. Schäfer N. Weinmann C. Dumpitak M. Beekes R. Jackman L. Thorne D. Riesner Biol. Chem. 2006 387 95 102
81. S. A. Funke E. Birkmann F. Henke P. Görtz C. Lange-Asschenfeldt D. Riesner D. Willbold Biochem. Biophys. Res. Commun. 2007 364 902 907
82. A. Giese B. Bader J. Bieschke G. Schaffar S. Odoy P. J. Kahle C. Haass H. Kretzschmar Biochem. Biophys. Res. Commun. 2005 333 1202 1210
83. J. Levin U. Bertsch H. Kretzschmar A. Giese Biochem. Biophys. Res. Commun. 2005 329 1200 1207
84. M. Kostka T. Högen K. M. Danzer J. Levin M. Habeck A. Wirth R. Wagner C. G. Glabe S. Finger U. Heinzelmann P. Garidel W. Duan C. A. Ross H. Kretzschmar A. Giese J. Biol. Chem. 2008 283 10992 11003
85. A. S. Hillmer P. Putcha J. Levin T. Högen B. T. Hyman H. Kretzschmar P. J. McLean A. Giese Biochem. Biophys. Res. Commun. 2010 391 461 466
86. T. Högen J. Levin F. Schmidt M. Caruana N. Vassallo H. Kretzschmar K. Bötzel F. Kamp A. Giese Biophys. J. 2012 102 1646 1655
87. B. Bader G. Nübling A. Mehle S. Nobile H. Kretzschmar A. Giese Biochem. Biophys. Res. Commun. 2011 411 190 196
88. M. Duering A. Karpinska S. Rosner F. Hopfner M. Zechmeister N. Peters E. Kremmer C. Haffner A. Giese M. Dichgans C. Opherk Hum. Mol. Genet. 2011 20 3256 3265
89. A. Orte N. R. Birkett R. W. Clarke G. L. Devlin C. M. Dobson D. Klenerman Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 14424 14429
90. P. Narayan A. Orte R. W. Clarke B. Bolognesi S. Hook K. A. Ganzinger S. Meehan M. R. Wilson C. M. Dobson D. Klenerman Nat. Struct. Mol. Biol. 2012 19 79 83
91. A. J. Trexler E. Rhoades Biophys. J. 2010 99 3048 3055
92. A. C. M. Ferreon C. R. Moran J. C. Ferreon A. A. Deniz Angew. Chem., Int. Ed. 2010 49 3469 3472
93. M. B. Borgia A. Borgia R. B. Best A. Steward D. Nettels B. Wunderlich B. Schuler J. Clarke Nature 2011 474 662 665
94. F. Hillger D. Nettels S. Dorsch B. Schuler J. Fluoresc. 2007 17 759 765
95. N. Cremades S. I. A. Cohen E. Deas A. Y. Abramov A. Y. Chen A. Orte M. Sandal R. W. Clarke P. Dunne F. A. Aprile C. W. Bertoncini N. W. Wood T. P. J. Knowles C. M. Dobson D. Klenerman Cell 2012 149 1048 1059
96. K. D. Dukes C. F. Rodenberg R. K. Lammi Anal. Biochem. 2008 382 29 34
97. H. Ding P. T. Wong E. L. Lee A. Gafni D. G. Steel Biophys. J. 2009 97 912 921
98. B. Samorì G. Zuccheri P. Baschieri Chemphyschem 2005 6 29 34
99. K. C. Neuman A. Nagy Nat. Methods 2008 5 491 505
100. M. Rief M. Gautel F. Oesterhelt J. M. Fernandez H. E. Gaub Science 1997 276 1109 1112
101. W. J. Greenleaf M. T. Woodside S. M. Block Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2007 36 171 190
102. O. K. Dudko G. Hummer A. Szabo Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 15755 15760
103. W. J. Greenleaf M. T. Woodside E. A. Abbondanzieri S. M. Block Phys. Rev. Lett. 2005 95 208102
104. J. M. Fernandez H. Li Science 2004 303 1674 1678
105. M. T. Woodside P. C. Anthony W. M. Behnke-Parks K. Larizadeh D. Herschlag S. M. Block Science 2006 314 1001 1004
106. J. C. M. Gebhardt T. Bornschlögl M. Rief Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010 107 2013 2018
107. A. N. Gupta A. Vincent K. Neupane H. Yu F. Wang M. T. Woodside Nat. Phys. 2011 7 631 634
108. H. Yu A. N. Gupta X. Liu K. Neupane A. M. Brigley I. Sosova M. T. Woodside Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012 109 14452 14457
109. O. K. Dudko T. G. W. Graham R. B. Best Phys. Rev. Lett. 2011 107 208301
110. E. A. Shank C. Cecconi J. W. Dill S. Marqusee C. Bustamante Nature 2010 465 637 640
111. C. Cecconi E. Shank F. Dahlquist S. Marqusee C. Bustamante Eur. Biophys. J. 2008 37 729 738
112. A. Kedrov H. Janovjak C. Ziegler W. Kuhlbrandt D. J. Muller J. Mol. Biol. 2006 355 2 8
113. M. Sandal F. Valle I. Tessari S. Mammi E. Bergantino F. Musiani M. Brucale L. Bubacco B. Samorì PLoS Biol. 2008 6 e6
114. M. Brucale M. Sandal S. Di Maio A. Rampioni I. Tessari L. Tosatto M. Bisaglia L. Bubacco B. Samorì Chembiochem 2009 10 176 183
115. J. Stigler F. Ziegler A. Gieseke J. C. M. Gebhardt M. Rief Science 2011 334 512 516
116. Z. Xi Y. Gao G. Sirinakis H. Guo Y. Zhang Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012 109 5711 5716
117. H. Yu X. Liu K. Neupane A. N. Gupta A. M. Brigley A. Solanki S. Iveta M. T. Woodside Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012 109 5283 5288
118. A. Hoffmann M. T. Woodside Angew. Chem., Int. Ed. 2011 50 12643 12646
119. C. McAllister M. Karymov Y. Kawano A. Lushnikov A. Mikheikin V. Uversky Y. Lyubchenko J. Mol. Biol. 2005 354 1028 1042
120. J. Yu Y. L. Lyubchenko J. Neuroimmune Pharmacol. 2008 4 10 16
121. J. Yu S. Malkova Y. L. Lyubchenko J. Mol. Biol. 2008 384 992 1001
122. A. V. Krasnoslobodtsev J. Peng J. M. Asiago J. Hindupur J.-C. Rochet Y. L. Lyubchenko PLoS One 2012 7 e38099
123. J. Yu J. Warnke Y. L. Lyubchenko Nanomedicine 2011 7 146 152
124. B.-H. Kim N. Y. Palermo S. Lovas T. Zaikova J. F. W. Keana Y. L. Lyubchenko Biochemistry 2011 50 5154 5162
125. A. M. Portillo A. V. Krasnoslobodtsev Y. L. Lyubchenko J. Phys.: Condens. Matter 2012 24 164205
126. E. Evans K. Ritchie Biophys. J. 1997 72 1541 1555
127. A. F. Oberhauser P. E. Marszalek M. Carrion-Vazquez J. M. Fernandez Nat. Struct. Biol. 1999 6 1025 1028
128. L. Dougan J. M. Fernandez J. Phys. Chem. A 2007 111 12402 12408
129. L. G. Randles R. W. S. Rounsevell J. Clarke Biophys. J. 2007 92 571 577
130. C. M. Kaiser P. J. Bujalowski L. Ma J. Anderson H. F. Epstein A. F. Oberhauser Biophys. J. 2012 102 2212 2219
131. P. Kosuri J. Alegre-Cebollada J. Feng A. Kaplan A. Inglés-Prieto C. L. Badilla B. R. Stockwell J. M. Sanchez-Ruiz A. Holmgren J. M. Fernández Cell 2012 151 794 806
132. P. Bechtluft R. G. H. van Leeuwen M. Tyreman D. Tomkiewicz N. Nouwen H. L. Tepper A. J. M. Driessen S. J. Tans Science 2007 318 1458 1461
133. R. Bader R. Bamford J. Zurdo B. F. Luisi C. M. Dobson J. Mol. Biol. 2006 356 189 208
134. S. Simoneau H. Rezaei N. Salès G. Kaiser-Schulz M. Lefebvre-Roque C. Vidal J.-G. Fournier J. Comte F. Wopfner J. Grosclaude H. Schätzl C. I. Lasmézas PLoS Pathog. 2007 3 e125
135. K. K. M. Sweers M. L. Bennink V. Subramaniam J. Phys.: Condens. Matter 2012 24 243101
136. M. Dong M. B. Hovgaard W. Mamdouh S. Xu D. E. Otzen F. Besenbacher Nanotechnology 2008 19 384013
137. D. N. Ganchev N. J. Cobb K. Surewicz W. K. Surewicz Biophys. J. 2008 95 2909 2915
138. M. S. Z. Kellermayer L. Grama Á. Karsai A. Nagy A. Kahn Z. L. Datki B. Penke J. Biol. Chem. 2005 280 8464 8470
139. Á. Karsai Z. Mártonfalvi A. Nagy L. Grama B. Penke M. S. Z. Kellermayer J. Struct. Biol. 2006 155 316 326
140. J. Dong C. E. Castro M. C. Boyce M. J. Lang S. Lindquist Nat. Struct. Mol. Biol. 2010 17 1422 1430
141. C. E. Castro J. Dong M. C. Boyce S. Lindquist M. J. Lang Biophys. J. 2011 101 439 448
142. S. Mankar A. Anoop S. Sen S. K. Maji Nano Rev. 2011 2 6032
143. C. Madampage O. Tavassoly C. Christensen M. Kumari J. S. Lee Prion 2012 6 116 123
144. C. Dekker Nat. Nanotechnol. 2007 2 209 215
145. H.-Y. Wang Y.-L. Ying Y. Li H.-B. Kraatz Y.-T. Long Anal. Chem. 2011 83 1746 1752
146. O. Tavassoly J. S. Lee FEBS Lett. 2012 586 3222 3228
147. E. C. Yusko J. M. Johnson S. Majd P. Prangkio R. C. Rollings J. Li J. Yang M. Mayer Nat. Nanotechnol. 2011 6 253 260
148. E. C. Yusko P. Prangkio D. Sept R. C. Rollings J. Li M. Mayer ACS Nano 2012 6 5909 5919
149. F. Schmidt J. Levin F. Kamp H. Kretzschmar A. Giese K. Bötzel PLoS One 2012 7 e42545
150. J.-P. J. Sobczak T. G. Martin T. Gerling H. Dietz Science 2012 338 1458 1461
151. M. B. Prigozhin M. Gruebele Phys. Chem. Chem. Phys. 2013 15 3372 3388
152. A. Nath M. Sammalkorpi D. C. DeWitt A. J. Trexler S. Elbaum-Garfinkle C. S. O'Hern E. Rhoades Biophys. J. 2012 103 1940 1949