Water-containing hydrogen-bonding network in the active center of channelrhodopsin

Journal of the American Chemical Society

Volumn 136, Issue 9, 2014, Pages 3475-3482

  Ito, Shota ^a   Kato, Hideaki E ^b   Taniguchi, Reiya ^b   Iwata, Tatsuya ^a   Nureki, Osamu ^b   Kandori, Hideki ^a  

^a NAGOYA INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (Japan)

^b UNIVERSITY OF TOKYO   (Japan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHROMOPHORES; FOURIER TRANSFORM INFRARED SPECTROSCOPY; FUNCTIONAL GROUPS; GETTERS; IONS; MOLECULES; OPHTHALMOLOGY; PROTEINS; VACUUM PUMPS;

ACTIVE TRANSPORT; CHLAMYDOMONAS REINHARDTII; FTIR SPECTROSCOPY; HYDROGEN BONDING NETWORK; LOW TEMPERATURES; MICROBIAL RHODOPSINS; PASSIVE TRANSPORT; WATER VIBRATION;

HYDROGEN BONDS;

CHANNELRHODOPSIN; RHODOPSIN; UNCLASSIFIED DRUG; WATER;

ARTICLE; CHLAMYDOMONAS REINHARDTII; CONTROLLED STUDY; HYDROGEN BOND; INFRARED SPECTROSCOPY; LOW TEMPERATURE; MOLECULE; MUTANT; NONHUMAN; PROTEIN BINDING; STRETCHING; ULTRAVIOLET RADIATION; VIBRATION;

BACTERIORHODOPSINS; CHLAMYDOMONAS REINHARDTII; HYDROGEN BONDING; ISOMERISM; MODELS, MOLECULAR; MUTATION; PHOTOCHEMICAL PROCESSES; PROTEIN STRUCTURE, SECONDARY; TEMPERATURE; VIBRATION; WATER;

EID: 84897714593     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja410836g     Document Type: Article

References (57)

1. Deisseroth, K. Nature Methods 2011, 8, 26-29
2. Hegemann, P.; Möglich, A. Nature Methods 2011, 8, 39-42
3. Nagel, G.; Ollig, D.; Fuhrmann, M.; Kateriya, S.; Musti, A. M.; Bamberg, E.; Hegemann, P. Science 2002, 296, 2395-2398
4. Sineshchekov, O.; Jung, K.-H.; Spudich, J. L. Proc. Natl. Acid. Sci. U.S.A. 2002, 99, 8689-8694
5. Zhang, F.; Wang, L. P.; Brauner, M.; Liewald, J. F.; Kay, K.; Watzke, N.; Wood, P. G.; Bamberg, E.; Nagel, G.; Gottschalk, A.; Deisseroth, K. Nature 2007, 446, 633-639
6. Chow, B. Y.; Han, X.; Dobry, A. S.; Qian, X.; Chuong, A. S.; Li, M.; Henninger, M. A.; Belfort, G. M.; Lin, Y.; Monahan, P. E.; Boyden, E. S. Nature 2010, 463, 98-102
7. Tye, K. M.; Deisseroth, K. Nature Rev. Neurosci. 2012, 13, 251-266
8. Ernst, O. P.; Lodowski, D. T.; Elstner, M.; Hegemann, P.; Brown, L. S.; Kandori, H. Chem. Rev. 2014, 114, 126-163
9. Lanyi, J. K. Annu. Rev. Physiol. 2004, 66, 665-688
10. Essen, L.-O. Curr. Opin. Struct. Biol. 2012, 12, 516-522
11. Kato, H. E.; Zhang, F.; Yizhar, O.; Ramakrishnan, C.; Nishizawa, T.; Hirata, K.; Ito, J.; Aita, Y.; Tsukazaki, T.; Hayashi, S.; Hegemann, P.; Maturana, A. D.; Ishitani, R.; Deisseroth, K.; Nureki, O. Nature 2012, 482, 369-374
12. Kandori, H. Biochim. Biophys. Acta 2000, 1460, 177-191
13. Freier, E.; Wolf, S.; Gerwert, K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011, 28, 11435-11439
14. Watanabe, C. H.; Welke, K.; Sindhikara, J. D.; Hegemann, P.; Elstner, M. J. Mol. Biol. 2013, 425, 1795-1814
15. Kandori, H. Biochim. Biophys. Acta 2004, 1658, 72-79
16. Kandori, H. In Supramolecular Photochemistry: Controlling Photochemical Processes; Ramamurthy, V.; Inoue, Y., Eds.; John Wiley & Sons, Inc.: Hoboken, NJ, 2011, pp 571-596.
17. Muroda, K.; Nakashima, K.; Shibata, M.; Demura, M.; Kandori, H. Biochemistry 2012, 51, 4677-4684
18. Feldbauer, K.; Zimmermann, D.; Pintschovius, V.; Spitz, J.; Bamann, C.; Bamberg, E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 12317-12322
19. Nack, M.; Radu, I.; Schuttz, B. J.; Resler, T.; Bondar, A. N.; del Val, C.; Abbruzzetti, S.; Viappiani, C.; Bamann, C.; Bamberg, E.; Heberle, J. FEBS Lett. 2012, 586, 1344-1348
20. Ritter, E.; Stehfest, K.; Berndt, A.; Hegemann, P.; Bartl, F. J. J. Biol. Chem. 2008, 283, 35033-35041
21. Radu, I.; Bamann, C.; Nack, M.; Nagel, G.; Bamberg, E.; Heberle, J. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7313-7319
22. Nack, M.; Radu, I.; Gossing, M.; Bamann, C.; Bamberg, E.; von Mollard, G. F.; Heberle, J. Photochem. Photobiol. Sci. 2010, 9, 194-198
23. Nack, M.; Radu, I.; Bamann, C.; Bamberg, E.; Heberle, J. FEBS Lett. 2009, 583, 3676-3680
24. Baasov, T.; Friedman, N.; Sheves, M. Biochemistry 1987, 26, 3210-3217
25. Eisenhauer, K.; Kuhne, J.; Ritter, E.; Berndt, A.; Wolf, S.; Bartl, F.; Hergmann, P.; Gerwert, K. J. Biol. Chem. 2012, 287, 6904-6911
26. Li, H.; Thomas, G. J., Jr. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 456-462
27. Kandori, H.; Kinoshita, N.; Shichida, Y.; Maeda, A.; Needleman, R.; Lanyi, J. K. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 5828-5229
28. Shibata, M.; Kandori, H. Biochemistry 2005, 44, 7406-7413
29. Ikeda, D.; Furutani, Y.; Kandori, H. Biochemistry 2007, 46, 5365-5373
30. Hashimoto, K.; Choi, A. R.; Furutani, Y.; Jung, K.-H.; Kandori, H. Biochemistry 2010, 49, 3343-3350
31. Sumii, M.; Furutani, Y.; Waschuk, S. A.; Brown, L. S.; Kandori, H. Biochemistry 2005, 44, 15159-15166
32. Kandori, H.; Furutani, Y.; Shimono, K.; Shichida, Y.; Kamo, N. Biochemistry 2001, 40, 15693-15698
33. Shibata, M.; Muneda, N.; Sasaki, T.; Shimono, K.; Kamo, N.; Demura, M.; Kandori, H. Biochemistry 2005, 44, 12279-12286
34. Furutani, Y.; Kawanabe, A.; Jung, K.-H.; Kandori, H. Biochemistry 2005, 44, 12287-12296
35. Furutani, Y.; Bezerra, A. G., Jr.; Waschuk, S.; Sumii, M.; Brown, L. S.; Kandori, H. Biochemistry 2004, 43, 9636-9646
36. Furutani, Y.; Shichida, Y.; Kandori, H. Biochemistry 2003, 42, 9619-9625
37. Ota, T.; Furutani, Y.; Terakita, A.; Shichida, Y.; Kandori, H. Biochemistry 2006, 45, 2845-2851
38. Katayama, K.; Furutami, Y.; Imai, H.; Kandori, H. Biochemistry 2012, 51, 1126-1133
39. Kandori, H.; Belenky, M.; Herzfeld, J. Biochemistry 2002, 41, 6026-6031
40. Tanimoto, T.; Shibata, M.; Belenky, M.; Herzfeld, J.; Kandori, H. Biochemistry 2004, 43, 9439-9447
41. Luecke, H.; Schobert, B.; Richter, H.-T.; Cartailler, J.-P.; Lanyi, J. K. J. Mol. Biol. 1999, 291, 899-911
42. Moltke, S.; Krebs, M. P.; Mollaaghababa, R.; Khorana, H. G.; Heyn, M. Biophys. J. 1995, 69, 2074-2083
43. Yizhar, O.; Fenno, L. E.; Davidson, T. j.; Mogri, M.; Deisseroth, K. Neuron 2011, 71, 9-34
44. Okada, T.; Fujiyoshi, Y.; Silow, M.; Navarro, J.; Landau, E. M.; Shichida, Y. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 5982-5987
45. Vogeley, L.; Sineshchekov, O. A.; Trivedi, V. D.; Sasaki, J.; Spudich, J. L.; Luecke, H. Science 2004, 306, 1390-1393
46. Luecke, H.; Schobert, B.; Stagno, J.; Imasheva, E. S.; Wang, J. H.; Balashov, S. P.; Lanyi, J. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 16561-16565
47. Gushchin, I.; Chervakov, P.; Kuzmichev, P.; Popv, A. N.; Round, E.; Borshchevskiy, V.; Ishchenko, A.; Petrovskaya, L.; Chupin, V.; Dolgikh, D. A.; Arseniev, A. A.; Kirpichnikov, M.; Gordeliy, V. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2013, 110, 12631-12636
48. Imasheva, E. S.; Balashov, S. P.; Wang, J. M.; Lanyi, J. K. Photochem. Photobiol. 2006, 82, 1406-1413
49. Miranda, M. R. M.; Choi, A. R.; Shi, L.; Bezerra, A. G., Jr.; Jung, K.-H.; Brown, L. S. Biophys. J. 2009, 96, 1471-1481
50. Neumann-Verhoefen, M.-K.; Neumann, K.; Bamann, C.; Radu, I.; Heberle, J.; Bamberg, E.; Wachtveitl, J. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 6968-6976
51. Berndt, A.; Yizhar, O.; Gunaydin, L. A.; Hegemann, P.; Deisseroth, K. Nature Neurosci. 2009, 12, 229-234
52. Welke, K.; Watanabe, H. C.; Wolter, T.; Gaus, M.; Elstner, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 6651-6659
53. Lórenz-Fonfría, V. A.; Resler, T.; Krause, N.; Nack, M.; Gossing, M.; von Mollard, G. F.; Bamann, C.; Bamberg, E.; Schlesinger, R.; Heberle, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2013, 106, E1273-E1281
54. Ernst, O. P.; Sánchez Murcia, P. A.; Daldrop, P.; Tsunoda, S.; Kateriya, S.; Hegemann, P. J. Biol. Chem. 2008, 283, 1637-1643
55. Kandori, H.; Kinoshita, N.; Shichida, Y.; Maeda, A. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 7899-7905
56. Tanimoto, T.; Furutani, Y.; Kandori, H. Biochemistry 2003, 42, 2300-2306
57. Shimono, K.; Furutani, Y.; Kamo, N.; Kandori, H. Biochemistry 2003, 42, 7801-7806