Computational simulation strategies for analysis of multisubunit RNA polymerases

Chemical Reviews

Volumn 113, Issue 11, 2013, Pages 8546-8566

  Wang, Beibei ^a   Feig, Michael ^a,b   Cukier, Robert I ^b   Burton, Zachary F ^a  

^a Michigan State University   (United States)

^b MICHIGAN STATE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

COLLABORATIVE APPROACH; COMPUTATIONAL ANALYSIS; COMPUTATIONAL SIMULATION; COMPUTATIONAL TECHNIQUE; DYNAMIC ASPECTS; GENETIC STRUCTURE; LIVING SYSTEMS; TEMPLATED POLYMERIZATION;

CHEMISTRY;

RNA;

DNA DIRECTED RNA POLYMERASE;

CHEMISTRY; GENETIC TRANSCRIPTION; GENETICS; KINETICS; METABOLISM; MOLECULAR DYNAMICS; PROTEIN QUATERNARY STRUCTURE; PROTEIN SUBUNIT; QUANTUM THEORY; REVIEW;

DNA-DIRECTED RNA POLYMERASES; KINETICS; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; PROTEIN STRUCTURE, QUATERNARY; PROTEIN SUBUNITS; QUANTUM THEORY; TRANSCRIPTION, GENETIC;

EID: 84888988220     PISSN: 00092665     EISSN: 15206890     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cr400046x     Document Type: Review

References (136)

1. Svetlov, V.; Nudler, E. Biochim. Biophys. Acta 2013, 1829, 20
2. Cheung, A. C.; Cramer, P. Cell 2012, 149, 1431
3. Nudler, E. Annual Rev. Biochem. 2009, 78, 335
4. Wang, D.; Bushnell, D. A.; Westover, K. D.; Kaplan, C. D.; Kornberg, R. D. Cell 2006, 127, 941
5. Vassylyev, D. G.; Vassylyeva, M. N.; Zhang, J.; Palangat, M.; Artsimovitch, I.; Landick, R. Nature 2007, 448, 163
6. Vassylyev, D. G.; Vassylyeva, M. N.; Perederina, A.; Tahirov, T. H.; Artsimovitch, I. Nature 2007, 448, 157
7. Steitz, T. A.; Steitz, J. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 6498
8. Cheung, A. C.; Sainsbury, S.; Cramer, P. EMBO J. 2011, 30, 4755
9. Feig, M.; Burton, Z. F. Biophys. J. 2010, 99, 2577
10. Kireeva, M. L.; Opron, K.; Seibold, S. A.; Domecq, C.; Cukier, R. I.; Coulombe, B.; Kashlev, M.; Burton, Z. F. BMC Biophys. 2012, 5, 11
11. Kireeva, M.; Kashlev, M.; Burton, Z. F. Biochim. Biophys. Acta 2010, 1799, 389
12. Batada, N. N.; Westover, K. D.; Bushnell, D. A.; Levitt, M.; Kornberg, R. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 17361
13. Nakamura, T.; Zhao, Y.; Yamagata, Y.; Hua, Y. J.; Yang, W. Nature 2012, 487, 196
14. Brooks, B.; Karplus, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1983, 80, 6571
15. Doruker, P.; Jernigan, R. L.; Bahar, I. J. Comput. Chem. 2002, 23, 119
16. Delarue, M.; Sanejouand, Y. H. J. Mol. Biol. 2002, 320, 1011
17. Zheng, W. J.; Brooks, B. R.; Doniach, S.; Thirumalai, D. Structure 2005, 13, 565
18. Tama, F.; Gadea, F. X.; Marques, O.; Sanejouand, Y. H. Proteins: Struct., Funct., Genet. 2000, 41, 1
19. Li, G. H.; Cui, Q. Biophys. J. 2002, 83, 2457
20. Van Wynsberghe, A.; Li, G. H.; Cui, Q. Biochemistry 2004, 43, 13083
21. Feig, M.; Burton, Z. F. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2010, 78, 434
22. Huang, X.; Wang, D.; Weiss, D. R.; Bushnell, D. A.; Kornberg, R. D.; Levitt, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 15745
23. Kireeva, M.; Opron, K.; Seibold, S.; Domecq, C.; Cukier, R.; Coulombe, B.; Kashlev, M.; Burton, Z. BMC Biophys. 2012, 5, 11
24. Nedialkov, Y. A.; Nudler, E.; Burton, Z. F. Transcription 2012, 3, 260
25. Seibold, S. A.; Singh, B. N.; Zhang, C.; Kireeva, M.; Domecq, C.; Bouchard, A.; Nazione, A. M.; Feig, M.; Cukier, R. I.; Coulombe, B.; Kashlev, M.; Hampsey, M.; Burton, Z. F. Biochim. Biophys. Acta 2010, 1799, 575
26. Gong, X. Q.; Zhang, C. F.; Feig, M.; Burton, Z. F. Mol. Cell 2005, 18, 461
27. Chodera, J. D.; Singhal, N.; Pande, V. S.; Dill, K. A.; Swope, W. C. J. Chem. Phys. 2007, 126 155101
28. Da, L. T.; Wang, D.; Huang, X. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 2399
29. Woo, H. J.; Liu, Y.; Sousa, R. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2008, 73, 1021
30. Torrie, G. M.; Valleau, J. P. J. Comput. Phys. 1977, 23, 187
31. Yu, J.; Oster, G. Biophysical journal 2012, 102, 532
32. Zhang, Y.; Feng, Y.; Chatterjee, S.; Tuske, S.; Ho, M. X.; Arnold, E.; Ebright, R. H. Science 2012, 338, 1076
33. Kapanidis, A. N.; Margeat, E.; Laurence, T. A.; Doose, S.; Ho, S. O.; Mukhopadhyay, J.; Kortkhonjia, E.; Mekler, V.; Ebright, R. H.; Weiss, S. Mol. Cell 2005, 20, 347
34. Revyakin, A.; Ebright, R. H.; Strick, T. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 4776
35. Andrecka, J.; Treutlein, B.; Arcusa, M. A.; Muschielok, A.; Lewis, R.; Cheung, A. C.; Cramer, P.; Michaelis, J. Nucleic Acids Res. 2009, 37, 5803
36. Maoileidigh, D. O.; Tadigotla, V. R.; Nudler, E.; Ruckenstein, A. E. Biophys. J. 2011, 100, 1157
37. Pomerantz, R. T.; Ramjit, R.; Gueroui, Z.; Place, C.; Anikin, M.; Leuba, S.; Zlatanova, J.; McAllister, W. T. Nano Lett. 2005, 5, 1698
38. Xie, P. BioSystems 2008, 93, 199
39. Malinen, A. M.; Turtola, M.; Parthiban, M.; Vainonen, L.; Johnson, M. S.; Belogurov, G. A. Nucleic Acids Res. 2012, 40, 7442
40. Carvalho, A. T. P.; Fernandes, P. A.; Ramos, M. J. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 1177
41. Zhang, J.; Palangat, M.; Landick, R. Nat. Struct. Mol. Biol. 2010, 17, 99
42. Dahl, J. M.; Mai, A. H.; Cherf, G. M.; Jetha, N. N.; Garalde, D. R.; Marziali, A.; Akeson, M.; Wang, H.; Lieberman, K. R. J. Biol. Chem. 2012, 287, 13407
43. Lieberman, K. R.; Dahl, J. M.; Mai, A. H.; Akeson, M.; Wang, H. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18816
44. Weinzierl, R. O. Archaea 2011, 2011 608385
45. Weinzierl, R. O. BMC Biol. 2010, 8, 134
46. Abbondanzieri, E. A.; Greenleaf, W. J.; Shaevitz, J. W.; Landick, R.; Block, S. M. Nature 2005, 438, 460
47. Dalal, R. V.; Larson, M. H.; Neuman, K. C.; Gelles, J.; Landick, R.; Block, S. M. Mol. Cell 2006, 23, 231
48. Herbert, K. M.; La Porta, A.; Wong, B. J.; Mooney, R. A.; Neuman, K. C.; Landick, R.; Block, S. M. Cell 2006, 125, 1083
49. Larson, M. H.; Landick, R.; Block, S. M. Mol. Cell 2011, 41, 249
50. Kettenberger, H.; Armache, K. J.; Cramer, P. Mol. Cell 2004, 16, 955
51. Kettenberger, H.; Armache, K. J.; Cramer, P. Cell 2003, 114, 347
52. Epshtein, V.; Cardinale, C. J.; Ruckenstein, A. E.; Borukhov, S.; Nudler, E. Mol. Cell 2007, 28, 991
53. Larson, M. H.; Greenleaf, W. J.; Landick, R.; Block, S. M. Cell 2008, 132, 971
54. Balbo, P. B.; Wang, E. C.; Tsai, M. D. Biochemistry 2011, 50, 9865
55. Kirmizialtin, S.; Nguyen, V.; Johnson, K. A.; Elber, R. Structure 2012, 20, 618
56. Tsai, Y. C.; Johnson, K. A. Biochemistry 2006, 45, 9675
57. Batabyal, D.; McKenzie, J. L.; Johnson, K. A. J. Biol. Chem. 2010, 285, 34191
58. Johnson, K. A. Nature 2012, 487, 177
59. Castro, C.; Smidansky, E.; Maksimchuk, K. R.; Arnold, J. J.; Korneeva, V. S.; Gotte, M.; Konigsberg, W.; Cameron, C. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 4267
60. Castro, C.; Smidansky, E. D.; Arnold, J. J.; Maksimchuk, K. R.; Moustafa, I.; Uchida, A.; Gotte, M.; Konigsberg, W.; Cameron, C. E. Nat. Struct. Mol. Biol. 2009, 16, 212
61. Yuzenkova, Y.; Bochkareva, A.; Tadigotla, V. R.; Roghanian, M.; Zorov, S.; Severinov, K.; Zenkin, N. BMC Biol. 2010, 8, 54
62. Doublie, S.; Tabor, S.; Long, A. M.; Richardson, C. C.; Ellenberger, T. Nature 1998, 391, 251
63. Harms, M. J.; Schlessman, J. L.; Sue, G. R.; Garcia-Moreno, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011, 108, 18954
64. Golosov, A. A.; Warren, J. J.; Beese, L. S.; Karplus, M. Structure 2010, 18, 83
65. Kireeva, M.; Nedialkov, Y. A.; Gong, X. Q.; Zhang, C.; Xiong, Y.; Moon, W.; Burton, Z. F.; Kashlev, M. Methods 2009, 48, 333
66. Nedialkov, Y. A.; Opron, K.; Assaf, F.; Artsimovitch, I.; Kireeva, M. L.; Kashlev, M.; Cukier, R. I.; Nudler, E.; Burton, Z. F. Biochim. Biophys. Acta 2013, 1829, 187
67. Kennedy, S. R.; Erie, D. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011, 108, 6079
68. Johnson, R. S.; Strausbauch, M.; Carraway, J. K. J. Mol. Biol. 2011, 412, 849
69. Johnson, R. S.; Strausbauch, M.; Cooper, R.; Register, J. K. J. Mol. Biol. 2008, 381, 1106
70. Gnatt, A. L.; Cramer, P.; Fu, J.; Bushnell, D. A.; Kornberg, R. D. Science 2001, 292, 1876
71. Jovanovic, M.; Burrows, P. C.; Bose, D.; Camara, B.; Wiesler, S.; Zhang, X.; Wigneshweraraj, S.; Weinzierl, R. O.; Buck, M. J. Biol. Chem. 2011, 286, 14469
72. Baran, K. L.; Chimenti, M. S.; Schlessman, J. L.; Fitch, C. A.; Herbst, K. J.; Garcia-Moreno, B. E. J. Mol. Biol. 2008, 379, 1045
73. Nielsen, J. E.; Gunner, M. R.; Garcia-Moreno, B. E. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2011, 79, 3249
74. Castaneda, C. A.; Fitch, C. A.; Majumdar, A.; Khangulov, V.; Schlessman, J. L.; Garcia-Moreno, B. E. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2009, 77, 570
75. Arthur, E. J.; Yesselman, J. D.; Brooks, C. L., 3rd. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2011, 79, 3276
76. Forsyth, W. R.; Antosiewicz, J. M.; Robertson, A. D. Proteins: Struct., Funct., Genet. 2002, 48, 388
77. Cukier, R. I. Biochim. Biophys. Acta 2004, 1656, 189
78. Domecq, C.; Kireeva, M.; Archambault, J.; Kashlev, M.; Coulombe, B.; Burton, Z. F. Protein Expression Purif. 2010, 69, 83
79. Chimenti, M. S.; Khangulov, V. S.; Robinson, A. C.; Heroux, A.; Majumdar, A.; Schlessman, J. L.; Garcia-Moreno, B. Structure 2012, 20, 1071
80. Eliseo, T.; Sanchez, I. E.; Nadra, A. D.; Dellarole, M.; Paci, M.; de Prat Gay, G.; Cicero, D. O. J. Mol. Biol. 2009, 388, 327
81. Lundback, T.; van Den Berg, S.; Hard, T. Biochemistry 2000, 39, 8909
82. Joung, J. K.; Sander, J. D. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2013, 14, 49
83. Reyon, D.; Tsai, S. Q.; Khayter, C.; Foden, J. A.; Sander, J. D.; Joung, J. K. Nat. Biotechnol. 2012, 30, 460
84. Brueckner, F.; Armache, K. J.; Cheung, A.; Damsma, G. E.; Kettenberger, H.; Lehmann, E.; Sydow, J.; Cramer, P. Acta Crystallogr., Sect. D: Biol. Crystallogr. 2009, 65, 112
85. Brueckner, F.; Cramer, P. Nat. Struct. Mol. Biol. 2008, 15, 811
86. Doublie, S.; Sawaya, M. R.; Ellenberger, T. Structure 1999, 7, R31
87. Krishtalik, L. I. Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 2000, 1458, 6
88. Borgis, D.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. 1996, 100, 1118
89. Cukier, R. I. J. Phys. Chem. 1996, 100, 15428
90. L., S. R.; S., V. K. CRC Crit. Rev. Biochem. 1985, 17, 1
91. Krishtalik, L. I. Mendeleev Commun. 1993, 3, 66
92. Zhu, R.; Janetzko, F.; Zhang, Y.; van Duin, A. C. T.; Goddard, W. A.; Salahub, D. R. Theor. Chem. Acc. 2008, 120, 479
93. Lin, P.; Batra, V. K.; Pedersen, L. C.; Beard, W. A.; Wilson, S. H.; Pedersen, L. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 5670
94. Batra, V. K.; Beard, W. A.; Shock, D. D.; Pedersen, L. C.; Wilson, S. H. Mol. Cell 2008, 30, 315
95. Lin, P.; Pedersen, L. C.; Batra, V. K.; Beard, W. A.; Wilson, S. H.; Pedersen, L. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 13294
96. Cisneros, G. A.; Perera, L.; Garcia-Diaz, M.; Bebenek, K.; Kunkel, T. A.; Pedersen, L. G. DNA Repair 2008, 7, 1824
97. Garcia-Diaz, M.; Bebenek, K.; Krahn, J. M.; Pedersen, L. C.; Kunkel, T. A. DNA Repair 2007, 6, 1333
98. Wang, Y.; Schlick, T. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13240
99. Wang, Z.; Zhang, L.; Chen, X.; Cukier, R. I.; Bu, Y. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 8222
100. Zhang, Y. K.; Liu, H. Y.; Yang, W. T. J. Chem. Phys. 2000, 112, 3483
101. Yin, Y. W.; Steitz, T. A. Cell 2004, 116, 393
102. Michielssens, S.; Moors, S. L.; Froeyen, M.; Herdewijn, P.; Ceulemans, A. Biophys. Chem. 2011, 157, 1
103. Zhang, Y.; Salahub, D. Sci. China: Chem. 2012, 55, 1887
104. Johnson, K. A. Biochim. Biophys. Acta 2010, 1804, 1041
105. Johnson, K. A. J. Biol. Chem. 2008, 283, 26297
106. Alberts, I. L.; Wang, Y.; Schlick, T. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 11100
107. Arora, K.; Beard, W. A.; Wilson, S. H.; Schlick, T. Biochemistry 2005, 44, 13328
108. Arora, K.; Schlick, T. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 5358
109. Arora, K.; Schlick, T. Biophys. J. 2004, 87, 3088
110. Bebenek, K.; Garcia-Diaz, M.; Foley, M. C.; Pedersen, L. C.; Schlick, T.; Kunkel, T. A. EMBO Rep. 2008, 9, 459
111. Benitez, B. A. S.; Arora, K.; Balistreri, L.; Schlick, T. J. Mol. Biol. 2008, 384, 1086
112. Walmacq, C.; Cheung, A. C.; Kireeva, M. L.; Lubkowska, L.; Ye, C.; Gotte, D.; Strathern, J. N.; Carell, T.; Cramer, P.; Kashlev, M. Mol. Cell 2012, 46, 18
113. Campbell, E. A.; Korzheva, N.; Mustaev, A.; Murakami, K.; Nair, S.; Goldfarb, A.; Darst, S. A. Cell 2001, 104, 901
114. Artsimovitch, I.; Vassylyeva, M. N.; Svetlov, D.; Svetlov, V.; Perederina, A.; Igarashi, N.; Matsugaki, N.; Wakatsuki, S.; Tahirov, T. H.; Vassylyev, D. G. Cell 2005, 122, 351
115. Bushnell, D. A.; Cramer, P.; Kornberg, R. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 1218
116. Gong, X. Q.; Nedialkov, Y. A.; Burton, Z. F. J. Biol. Chem. 2004, 279, 27422
117. Bayro, M. J.; Mukhopadhyay, J.; Swapna, G. V.; Huang, J. Y.; Ma, L. C.; Sineva, E.; Dawson, P. E.; Montelione, G. T.; Ebright, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 12382
118. Steitz, T. A. Curr. Opin. Struct. Biol. 2004, 14, 4
119. Yin, Y. W.; Steitz, T. A. Science 2002, 298, 1387
120. Cheetham, G. M.; Jeruzalmi, D.; Steitz, T. A. Nature 1999, 399, 80
121. Cheetham, G. M.; Steitz, T. A. Curr. Opin. Struct. Biol. 2000, 10, 117
122. Tahirov, T. H.; Temiakov, D.; Anikin, M.; Patlan, V.; McAllister, W. T.; Vassylyev, D. G.; Yokoyama, S. Nature 2002, 420, 43
123. Durniak, K. J.; Bailey, S.; Steitz, T. A. Science 2008, 322, 553
124. Xu, C.; Maxwell, B. A.; Brown, J. A.; Zhang, L.; Suo, Z. PLoS Biol. 2009, 7 e1000225
125. Arora, K.; Schlick, T. Abstr. Pap. Am. Chem. Soc. 2004, 228, U291
126. Radhakrishnan, R.; Schlick, T. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2006, 350, 521
127. Radhakrishnan, R.; Schlick, T. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 13245
128. Brueckner, F.; Ortiz, J.; Cramer, P. Curr. Opin. Struct. Biol. 2009, 19, 294
129. Kennedy, W. P.; Momand, J. R.; Yin, Y. W. J. Mol. Biol. 2007, 370, 256
130. Temiakov, D.; Patlan, V.; Anikin, M.; McAllister, W. T.; Yokoyama, S.; Vassylyev, D. G. Cell 2004, 116, 381
131. Tahirov, T. H.; Temiakov, D.; Anikin, M.; Patlan, V.; McAllister, W. T.; Vassylyev, D. G.; Yokoyama, S. Nature 2002, 420, 43
132. Cheetham, G. M. T.; Steitz, T. A. Science 1999, 286, 2305
133. Cheetham, G. M. T.; Jeruzalmi, D.; Steitz, T. A. Nature 1999, 399, 80
134. Jeruzalmi, D.; Steitz, T. A. EMBO J. 1998, 17, 4101
135. Sousa, R.; Chung, Y. J.; Rose, J. P.; Wang, B. C. Nature 1993, 364, 593
136. Humphrey, W.; Dalke, A.; Schulten, K. J. Mol. Graphics 1996, 14, 33