Single-molecule fluorescence and in vivo optical traps: How multiple dyneins and kinesins interact

Chemical Reviews

Volumn 114, Issue 6, 2014, Pages 3335-3352

  Blehm, Benjamin H ^a   Selvin, Paul R ^a  

^a United States of America   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DIRECTED TRANSPORT; EXPERIMENTAL SYSTEM; MOLECULAR MOTORS; MULTIPLE LEVELS; OPTICALTRAPPING; REGULATORY MECHANISM; SINGLE-MOLECULE FLUORESCENCES; TRANSPORT SYSTEMS;

CHEMISTRY;

DNA; DYNEIN ADENOSINE TRIPHOSPHATASE; FLUORESCENT DYE; KINESIN;

ANIMAL; CHEMISTRY; METABOLISM; OPTICAL TWEEZERS; PROTEIN DOMAIN; REVIEW; SACCHAROMYCES CEREVISIAE; TRANSPORT AT THE CELLULAR LEVEL; YOUNG MODULUS;

ANIMALS; BIOLOGICAL TRANSPORT; DNA; DYNEINS; ELASTIC MODULUS; FLUORESCENT DYES; KINESIN; OPTICAL TWEEZERS; PROTEIN INTERACTION DOMAINS AND MOTIFS; SACCHAROMYCES CEREVISIAE;

EID: 84897059919     PISSN: 00092665     EISSN: 15206890     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cr4005555     Document Type: Review

References (131)

1. Gross, S. P. Phys. Biol. 2004, 1, R1
2. Welte, M. A. Curr. Biol. 2004, 14, R525
3. Mallik, R.; Gross, S. P. Curr. Biol. 2004, 14, R971
4. Schroer, T. A. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2004, 20, 759
5. Hirokawa, N.; Noda, Y.; Tanaka, Y.; Niwa, S. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2009, 10, 682
6. Walker, R. A.; Salmon, E. D.; Endow, S. A. Nature 1990, 347, 780
7. Barlan, K.; Rossow, M. J.; Gelfand, V. I. Curr. Opin. Cell Biol. 2013, 25, 483
8. Kamal, A.; Goldstein, L. S. Curr. Opin. Cell Biol. 2002, 14, 63
9. Jolly, A. L.; Gelfand, V. I. Biochem. Soc. Trans. 2011, 39, 1126
10. Deacon, S. W.; Nascimento, A.; Serpinskaya, A. S.; Gelfand, V. I. Curr. Biol. 2005, 15, 459
11. Gross, S. P.; Welte, M. A.; Block, S. M.; Wieschaus, E. F. J. Cell Biol. 2002, 156, 715
12. Hendricks, A. G.; Perlson, E.; Ross, J. L.; Schroeder, H. W.; Tokito, M.; Holzbaur, E. L. F. Curr. Biol. 2010, 20, 697
13. Murray, J. W.; Sarkar, S.; Wolkoff, A. W. Traffic 2008, 9, 833
14. Shubeita, G. T.; Tran, S. L.; Xu, J.; Vershinin, M.; Cermelli, S.; Cotton, S. L.; Welte, M. A.; Gross, S. P. Cell 2008, 135, 1098
15. Rebhun, L. I. J. Gen. Physiol. 1967, 50, 223
16. Ross, J. L.; Ali, M. Y.; Warshaw, D. M. Curr. Opin. Cell Biol. 2008, 20, 41
17. Lipowsky, R.; Klumpp, S. Physica A 2005, 352, 53
18. Berger, F.; Keller, C.; Klumpp, S.; Lipowsky, R. Phys. Rev. Lett. 2012, 108, 208101
19. Muller, M. J. I.; Klumpp, S.; Lipowsky, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 4609
20. Muller, M. J. I.; Klumpp, S.; Lipowsky, R. J. Stat. Phys. 2008, 133, 1059
21. Derr, N.; Goodman, B.; Jungmann, R.; Leschziner, A.; Shih, W.; Reck-Peterson, S. Science 2012, 338, 662
22. Blehm, B. H.; Schroer, T. A.; Trybus, K. M.; Chemla, Y. R.; Selvin, P. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2013, 110, 3381
23. Soppina, V.; Rai, A. K.; Ramaiya, A. J.; Barak, P.; Mallik, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 19381
24. Vale, R. D.; Malik, F.; Brown, D. J. Cell Biol. 1992, 119, 1589
25. DeBerg, H. A.; Blehm, B. H.; Sheung, J.; Thompson, A. R.; Bookwalter, C. S.; Torabi, S. F.; Schroer, T. A.; Berger, C. L.; Lu, Y.; Trybus, K. M.; Selvin, P. R. J. Biol. Chem. 2013, 288, 32612
26. Zhang, Y. Phys. Rev. E: Stat. Phys., Plasmas, Fluids 2009, 79, 061918
27. Bananis, E.; Nath, S.; Gordon, K.; Satir, P.; Stockert, R. J.; Murray, J. W.; Wolkoff, A. W. Mol. Biol. Cell 2004, 15, 3688
28. Hendricks, A. G.; Holzbaur, E. L. F.; Goldman, Y. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012, 109, 18447
29. Deacon, S. W.; Serpinskaya, A. S.; Vaughan, P. S.; Fanarraga, M. L.; Vernos, I.; Vaughan, K. T.; Gelfand, V. I. J. Cell Biol. 2003, 160, 297
30. Haghnia, M.; Cavalli, V.; Shah, S. B.; Schimmelpfeng, K.; Brusch, R.; Yang, G.; Herrera, C.; Pilling, A.; Goldstein, L. S. B. Mol. Biol. Cell 2007, 18, 2081
31. Rozdzial, M. M.; Haimo, L. T. J. Cell Biol. 1986, 103, 2755
32. Sammak, P.; Adams, S.; Harootunian, A.; Schliwa, M.; Tsien, R. J. Cell Biol. 1992, 117, 57
33. Vershinin, M.; Carter, B. C.; Razafsky, D. S.; King, S. J.; Gross, S. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 87
34. Kural, C.; Serpinskaya, A. S.; Chou, Y. H.; Goldman, R. D.; Gelfand, V. I.; Selvin, P. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 5378
35. Nascimento, A. A.; Roland, J. T.; Gelfand, V. I. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2003, 19, 469
36. Levi, V.; Serpinskaya, A. S.; Gratton, E.; Gelfand, V. Biophys. J. 2006, 90, 318
37. Schuster, M.; Kilaru, S.; Fink, G.; Collemare, J.; Roger, Y.; Steinberg, G. Mol. Biol. Cell 2011, 22, 3645
38. Leidel, C.; Longoria, R. A.; Gutierrez, F. M.; Shubeita, G. T. Biophys. J. 2012, 103, 492
39. Kunwar, A.; Tripathy, S. K.; Xu, J.; Mattson, M. K.; Anand, P.; Sigua, R.; Vershinin, M.; McKenney, R. J.; Yu, C. C.; Mogilner, A.; Gross, S. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011, 108, 18960
40. Laib, J. A.; Marin, J. A.; Bloodgood, R. A.; Guilford, W. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 3190
41. Shih, S. M.; Engel, B. D.; Kocabas, F.; Bilyard, T.; Gennerich, A.; Marshall, W. F.; Yildiz, A. Elife 2013, 2, e00744
42. Fu, M. M.; Holzbaur, E. L. F. J. Cell Biol. 2013, 202, 495
43. Mallik, R.; Gross, S. P. Curr. Biol. 2009, 19, R416
44. Muresan, V.; Godek, C. P.; Reese, T. S.; Schnapp, B. J. J. Cell Biol. 1996, 135, 383
45. Mallik, R.; Petrov, D.; Lex, S. A.; King, S. J.; Gross, S. P. Curr. Biol. 2005, 15, 2075
46. Jamison, D. K.; Driver, J. W.; Diehl, M. R. J. Biol. Chem. 2012, 287, 3357
47. Ross, J. L.; Wallace, K.; Shuman, H.; Goldman, Y. E.; Holzbaur, E. L. F. Nat. Cell Biol. 2006, 8, 562
48. Campas, O.; Leduc, C.; Bassereau, P.; Casademunt, J.; Joanny, J.-F.; Prost, J. Biophys. J. 2008, 94, 5009
49. Rai, A.; Rai, A.; Ramaiya, A.; Jha, R.; Mallik, R. Cell 2012, 152, 172
50. Kardon, J. R.; Reck-Peterson, S. L.; Vale, R. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 5669
51. King, S. J.; Schroer, T. A. Nat. Cell Biol. 2000, 2, 20
52. Furuta, K.; Furuta, A.; Toyoshima, Y. Y.; Amino, M.; Oiwa, K.; Kojima, H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2013, 110, 501
53. Yildiz, A.; Tomishige, M.; Vale, R. D.; Selvin, P. R. Science 2004, 303, 676
54. Svoboda, K.; Block, S. M. Cell 1994, 77, 773
55. Vale, R. D.; Milligan, R. A. Science 2000, 288, 88
56. Pan, X.; Ou, G.; Civelekoglu-Scholey, G.; Blacque, O. E.; Endres, N. F.; Tao, L.; Mogilner, A.; Leroux, M. R.; Vale, R. D.; Scholey, J. M. J. Cell Biol. 2006, 174, 1035
57. Snow, J. J.; Ou, G.; Gunnarson, A. L.; Walker, M. R.; Zhou, H. M.; Brust-Mascher, I.; Scholey, J. M. Nat. Cell Biol. 2004, 6, 1109
58. Huang, J.; Roberts, A. J.; Leschziner, A. E.; Reck-Peterson, S. L. Cell 2012, 150, 975
59. McKenney, R. J.; Vershinin, M.; Kunwar, A.; Vallee, R. B.; Gross, S. P. Cell 2010, 141, 304
60. Kardon, J. R.; Vale, R. D. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2009, 10, 854
61. Gross, S. P.; Welte, M. A.; Block, S. M.; Wieschaus, E. F. J. Cell Biol. 2000, 148, 945
62. Block, S. M.; Goldstein, L. S.; Schnapp, B. J. Nature 1990, 348, 348
63. Driver, J. W.; Jamison, D. K.; Uppulury, K.; Rogers, A. R.; Kolomeisky, A. B.; Diehl, M. R. Biophys. J. 2011, 101, 386
64. Mallik, R.; Carter, B. C.; Lex, S. A.; King, S. J.; Gross, S. P. Nature 2004, 427, 649
65. Xu, J.; Shu, Z.; King, S. J.; Gross, S. P. Traffic 2012, 13, 9999
66. Herold, C.; Leduc, C.; Stock, R.; Diez, S.; Schwille, P. ChemPhysChem 2012, 13, 1001
67. Jamison, D. K.; Driver, J. W.; Rogers, A. R.; Constantinou, P. E.; Diehl, M. R. Biophys. J. 2010, 99, 2967
68. Leduc, C.; Campas, O.; Zeldovich, K. B.; Roux, A.; Jolimaitre, P.; Bourel-Bonnet, L.; Goud, B.; Joanny, J.-F.; Bassereau, P.; Prost, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 17096
69. Fallesen, T.; Macosko, J.; Holzwarth, G. Eur. Biophys. J. 2011, 40, 1071
70. Diehl, M. R.; Zhang, K.; Lee, H. J.; Tirrell, D. A. Science 2006, 311, 1468
71. Miyazono, Y.; Hayashi, M.; Karagiannis, P.; Harada, Y.; Tadakuma, H. EMBO J. 2009, 29, 93
72. Douglas, S. M.; Dietz, H.; Liedl, T.; Högberg, B.; Graf, F.; Shih, W. M. Nature 2009, 459, 414
73. Rothemund, P. W. K. Nature 2006, 440, 297
74. Gennerich, A.; Carter, A. P.; Reck-Peterson, S. L.; Vale, R. D. Cell 2007, 131, 952
75. Reck-Peterson, S. L.; Yildiz, A.; Carter, A. P.; Gennerich, A.; Zhang, N.; Vale, R. D. Cell 2006, 126, 335
76. Walter, W. J.; Brenner, B.; Steffen, W. J. Struct. Biol. 2010, 170, 266
77. Walter, W. J.; Koonce, M. P.; Brenner, B.; Steffen, W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012, 109, 5289
78. Toba, S.; Watanabe, T. M.; Yamaguchi-Okimoto, L.; Toyoshima, Y. Y.; Higuchi, H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 5741
79. Holzwarth, G.; Bonin, K.; Hill, D. B. Biophys. J. 2002, 82, 1784
80. Schroer, T. A.; Schnapp, B. J.; Reese, T. S.; Sheetz, M. P. J. Cell Biol. 1988, 107, 1785
81. Schroer, T. A.; Steuer, E. R.; Sheetz, M. P. Cell 1989, 56, 937
82. Vale, R. D.; Reese, T. S.; Sheetz, M. P. Cell 1985, 42, 39
83. Vale, R. D.; Schnapp, B. J.; Mitchison, T.; Steuer, E.; Reese, T. S.; Sheetz, M. P. Cell 1985, 43, 623
84. Dabora, S. L.; Sheetz, M. P. Cell Motil. Cytoskeleton 1988, 10, 482
85. Gill, S. R.; Schroer, T. A.; Szilak, I.; Steuer, E. R.; Sheetz, M. P.; Cleveland, D. W. J. Cell Biol. 1991, 115, 1639
86. Caviston, J. P.; Ross, J. L.; Antony, S. M.; Tokito, M.; Holzbaur, E. L. F. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 10045
87. Lee, G. E.; Murray, J. W.; Wolkoff, A. W.; Wilson, D. W. J. Virol. 2006, 80, 4264
88. Bartsch, T. F.; Longoria, R.; Florin, E. L.; Shubeita, G. T. Biophys. J. 2013, 104, 475A
89. Nam, W.; Epureanu, B. I. J. Phys.: Condens. Matter 2012, 24, 375103
90. Yamada, S.; Wirtz, D.; Kuo, S. C. Biophys. J. 2000, 78, 1736
91. Dermietzel, R. The Cytoskeleton: Imaging, Isolation, And Interaction; Humana Press/Springer: New York, 2013.
92. Ohara-Imaizumi, M.; Nishiwaki, C.; Kikuta, T.; Nagai, S.; Nakamichi, Y.; Nagamatsu, S. Biochem. J. 2004, 381, 13
93. Smith, A. J.; Pfeiffer, J. R.; Zhang, J.; Martinez, A. M.; Griffiths, G. M.; Wilson, B. S. Traffic 2003, 4, 302
94. Hein, B.; Willig, K. I.; Hell, S. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 14271
95. Shao, L.; Kner, P.; Rego, E. H.; Gustafsson, M. G. Nat. Methods 2011, 8, 1044
96. Schuster, M.; Lipowsky, R.; Assmann, M. A.; Lenz, P.; Steinberg, G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011, 108, 3618
97. Steinberg, G. Curr. Opin. Microbiol. 2011, 14, 660
98. Ling, S. C.; Fahrner, P. S.; Greenough, W. T.; Gelfand, V. I. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 17428
99. Ally, S.; Larson, A. G.; Barlan, K.; Rice, S. E.; Gelfand, V. I. J. Cell Biol. 2009, 187, 1071
100. Kim, H.; Ling, S. C.; Rogers, G. C.; Kural, C.; Selvin, P. R.; Rogers, S. L.; Gelfand, V. I. J. Cell Biol. 2007, 176, 641
101. Dixit, R.; Ross, J. L.; Goldman, Y. E.; Holzbaur, E. L. Science 2008, 319, 1086
102. Fridolfsson, H. N.; Starr, D. A. J. Cell Biol. 2010, 191, 115
103. Pathak, D.; Sepp, K. J.; Hollenbeck, P. J. J. Neurosci. 2010, 30, 8984
104. Rogers, S. L.; Tint, I. S.; Fanapour, P. C.; Gelfand, V. I. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 3720
105. Ikeda, K.; Zhapparova, O.; Brodsky, I.; Semenova, I.; Tirnauer, J. S.; Zaliapin, I.; Rodionov, V. Mol. Biol. Cell 2011, 22, 1321
106. Morfini, G. A.; You, Y. M.; Pollema, S. L.; Kaminska, A.; Liu, K.; Yoshioka, K.; Bjorkblom, B.; Coffey, E. T.; Bagnato, C.; Han, D.; Huang, C. F.; Banker, G.; Pigino, G.; Brady, S. T. Nat. Neurosci. 2009, 12, 864
107. Reis, G. F.; Yang, G.; Szpankowski, L.; Weaver, C.; Shah, S. B.; Robinson, J. T.; Hays, T. S.; Danuser, G.; Goldstein, L. S. Mol. Biol. Cell 2012, 23, 1700
108. Kapitein, L. C.; Schlager, M. A.; van der Zwan, W. A.; Wulf, P. S.; Keijzer, N.; Hoogenraad, C. C. Biophys. J. 2010, 99, 2143
109. Kapitein, L. C.; Schlager, M. A.; Kuijpers, M.; Wulf, P. S.; van Spronsen, M.; MacKintosh, F. C.; Hoogenraad, C. C. Curr. Biol. 2010, 20, 290
110. Nakata, T.; Niwa, S.; Okada, Y.; Perez, F.; Hirokawa, N. J. Cell Biol. 2011, 194, 245
111. Klar, T. A.; Hell, S. W. Opt. Lett. 1999, 24, 954
112. Westphal, V.; Rizzoli, S. O.; Lauterbach, M. A.; Kamin, D.; Jahn, R.; Hell, S. W. Science 2008, 320, 246
113. Gustafsson, M. G. L. J. Microsc. 2000, 198, 82
114. Gustafsson, M. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 13081
115. Ach, T.; Best, G.; Rossberger, S.; Heintzmann, R.; Cremer, C.; Dithmar, S. Br. J. Ophthalmol. 2012, 96, 1141
116. Kner, P.; Chhun, B. B.; Griffis, E. R.; Winoto, L.; Gustafsson, M. G. Nat. Methods 2009, 6, 339
117. Rego, E. H.; Shao, L.; Macklin, J. J.; Winoto, L.; Johansson, G. A.; Kamps-Hughes, N.; Davidson, M. W.; Gustafsson, M. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011, 109, E135
118. Nan, X.; Sims, P. A.; Xie, X. S. ChemPhysChem 2008, 9, 707
119. Nan, X.; Sims, P. A.; Chen, P.; Xie, X. S. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 24220
120. Nam, S. H.; Bae, Y. M.; Park, Y. I.; Kim, J. H.; Kim, H. M.; Choi, J. S.; Lee, K. T.; Hyeon, T.; Suh, Y. D. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 6093
121. Ashkin, A.; Schutze, K.; Dziedzic, J. M.; Euteneuer, U.; Schliwa, M. Nature 1990, 348, 346
122. Neuman, K. C.; Block, S. M. Rev. Sci. Instrum. 2004, 75, 2787
123. Abbondanzieri, E. A.; Greenleaf, W. J.; Shaevitz, J. W.; Landick, R.; Block, S. M. Nature 2005, 438, 460
124. Moffitt, J. R.; Chemla, Y. R.; Izhaky, D.; Bustamante, C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 9006
125. Sims, P. A.; Xie, X. S. ChemPhysChem 2009, 10, 1511
126. Oddershede, L. B. Nat. Chem. Biol. 2012, 8, 879
127. Tolić-Nørrelykke, S. F.; Schäffer, E.; Howard, J.; Pavone, F. S.; Jülicher, F.; Flyvbjerg, H. Rev. Sci. Instrum. 2006, 77, 103101
128. Fischer, M.; Berg-Sørensen, K. J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2007, 9, S239
129. Fischer, M.; Richardson, A. C.; Reihani, S. N.; Oddershede, L. B.; Berg-Sørensen, K. Rev. Sci. Instrum. 2010, 81, 015103
130. Mas, J.; Richardson, A. C.; Reihani, S. N.; Oddershede, L. B.; Berg-Sørensen, K. Phys. Biol. 2013, 10, 046006
131. Welte, M. A.; Gross, S. P.; Postner, M.; Block, S. M.; Wieschaus, E. F. Cell 1998, 92, 547