From protein domains to molecular nanoparticles: What can giant molecules learn from proteins?

Materials Horizons

Volumn 4, Issue 2, 2017, Pages 117-132

  Zhang, Wen Bin ^a   Wu, Xia Ling ^a   Yin, Guang Zhong ^a   Shao, Yu ^a   Cheng, Stephen Z D ^b  

^a Peking University   (China)

^b University of Akron   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 85016001864     PISSN: None     EISSN: 20516355     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c6mh00448b     Document Type: Review

References (143)

1. C. K. Ober S. Z. D. Cheng P. T. Hammond M. Muthukumar E. Reichmains K. L. Wooley T. P. Lodge Macrmolecules 2009 42 2 465 471
2. National Research Council (U.S.), Committee on Biomolecular Materials and Processes, Inspired by Biology: From Molecules to Materials to Machines, National Academies Press, Washington, DC, 2008
3. W.-B. Zhang S. Z. D. Cheng Chin. J. Polym. Sci. 2015 33 6 797 814
4. G. G. Odian, Principles of Polymerization, Wiley-Interscience, Hoboken, NJ, 4th edn, 2004
5. H. L. Hsieh and R. P. Quirk, Anionic Polymerization: Principles and Practical Applications, Marcel Dekker, New York, 1996
6. H. Chen J. Kong Polym. Chem. 2016 7 3643 3663
7. A. H. E. Muller and K. Matyjaszewski, Controlled and Living Polymerizations: Methods and Materials, Wiley-VCH, Weinheim, 2009
8. D. A. Tomalia, J. B. Christensen and U. Boas, Dendrimers, Dendrons, and Dendritic Polymers: Discovery, Application, and the Future, Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2012
9. E. Harth B. Van Horn V. Y. Lee D. S. Germack C. P. Gonzales R. D. Miller C. J. Hawker J. Am. Chem. Soc. 2002 124 8653 8660
10. B. V. Schmidt N. Fechler J. Falkenhagen J. F. Lutz Nat. Chem. 2011 3 3 234 238
11. E. J. Foster E. B. Berda E. W. Meijer J. Am. Chem. Soc. 2009 131 6964 6966
12. Y. Gao B. Newland D. Zhou K. Matyjaszewski W. Wang Angew. Chem., Int. Ed. 2017 56 2 450 460
13. D. Whitford, Proteins: Structure and Function, J. Wiley & Sons, Hoboken, NJ, 2005
14. P. Payamyar B. T. King H. C. Ottinger A. D. Schluter Chem. Commun. 2016 52 1 18 34
15. J. W. Colson W. R. Dichtel Nat. Chem. 2013 5 6 453 465
16. B. Moulton M. J. Zaworotko Chem. Rev. 2001 101 6 1629 1658
17. H. Furukawa K. E. Cordova M. O'Keeffe O. M. Yaghi Science 2013 341 6149 1230444
18. W.-B. Zhang X. Yu C.-L. Wang H.-J. Sun I. F. Hsieh Y. Li X.-H. Dong K. Yue R. Van Horn S. Z. D. Cheng Macromolecules 2014 47 4 1221 1239
19. G. Cesareni, Modular Protein Domains, Wiley-VCH, Weinheim, 2005
20. F. H. Arnold Microbe 2011 6 7 316 318
21. C. Chothia A. M. Lesk EMBO J. 1986 5 4 823 826
22. J. C. Liu S. C. Heilshorn D. A. Tirrell Biomacromolecules 2004 5 497 504
23. M. P. lutolf G. P. Raeber A. H. Zisch N. Tirelli J. A. Hubbell Adv. Mater. 2003 15 888 892
24. J. Patterson J. A. Hubbell Biomaterials 2010 31 30 7836 7845
25. W. A. Petka J. L. Harden K. P. McGrath D. Wirtz D. A. Tirrell Science 1998 281 17 389 392
26. L. J. Dooling M. E. Buck W. B. Zhang D. A. Tirrell Adv. Mater. 2016 28 23 4651 4657
27. S. Banta I. R. Wheeldon M. Blenner Annu. Rev. Biomed. Eng. 2010 12 167 186
28. Z. Sui W. J. King W. L. Murphy Adv. Funct. Mater. 2008 18 12 1824 1831
29. M. Zimmer Chem. Rev. 2002 102 3 759 781
30. A. Ibraheem R. E. Campbell Curr. Opin. Chem. Biol. 2010 14 1 30 36
31. V. N. Uversky, Intrinsically disordered proteins, Springer, New York, 2014
32. P. Tompa J. Mol. Struct.: THEOCHEM 2003 666-667 361 371
33. D. W. Urry T. Hugel M. Seitz H. E. Gaub L. Sheiba J. Dea J. Xu T. Parker Philos. Trans. R. Soc., B 2002 357 1418 169 184
34. D. E. Meyer A. Chikoti Biomacromolecules 2004 5 846 851
35. S. R. MacEwan W. Hassouneh A. Chikoti J. Visualized Exp. 2014 88 e51583
36. R. S. Su Y. Kim J. C. Liu Acta Biomater. 2014 10 4 1601 1611
37. G. Qin X. Hu P. Cebe D. L. Kaplan Nat. Commun. 2012 3 1003
38. M. Y. Truong N. K. Dutta N. R. Choudhury M. Kim C. M. Elvin K. M. Nairn A. J. Hill Biomaterials 2011 32 33 8462 8473
39. N. Srinivasan M. Bhagawati B. Ananthanarayanan S. Kumar Nat. Commun. 2014 5 5145
40. P. A. Guerette S. Hoon Y. Seow M. Raida A. Masic F. T. Wong V. H. Ho K. W. Kong M. C. Demirel A. Pena-Francesch S. Amini G. Z. Tay D. Ding A. Miserez Nat. Biotechnol. 2013 31 10 908 915
41. C. E. Blaby-Haas V. de Crecy-Lagard Trends Biotechnol. 2011 29 4 174 182
42. P. A. Romero F. H. Arnold Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2009 10 12 866 876
43. K. Chen F. H. Arnold Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1993 90 5618 5622
44. W. P. C. Stemmer Nature 1994 370 389 391
45. M. M. Meyer J. J. Silberg C. A. Voigt J. B. Endelman S. L. Mayo Z. G. Wang F. H. Arnold Protein Sci. 2003 12 8 1686 1693
46. F. H. Arnold Nat. Biotechnol. 1998 16 617 618
47. H. Renata Z. J. Wang F. H. Arnold Angew. Chem., Int. Ed. 2015 54 11 3351 3367
48. P.-S. Huang G. Oberdorfer C. Xu X. Y. Pei B. L. Nannenga J. M. Rogers F. DiMaio T. Gonen B. Luisi D. Baker Science 2014 346 481 485
49. P. S. Huang K. Feldmeier F. Parmeggiani D. A. Fernandez Velasco B. Hocker D. Baker Nat. Chem. Biol. 2016 12 1 29 34
50. N. P. King J. B. Bale W. Sheffler D. E. McNamara S. Gonen T. Gonen T. O. Yeates D. Baker Nature 2014 510 7503 103 108
51. S. Gonen F. DiMaio T. Gonen D. Baker Science 2015 348 6241 1365 1368
52. Y. Yu S. Lutz Trends Biotechnol. 2011 29 1 18 25
53. F. Rousseau J. W. H. Schymkowitz L. S. Itzhaki Structure 2003 11 243 251
54. Y. Liu D. Eisenberg Protein Sci. 2002 11 6 1285 1299
55. S. S. Shekhawat I. Ghosh Curr. Opin. Chem. Biol. 2011 15 6 789 797
56. A. Galarneau M. Primeau L.-E. Trudeau S. W. Michnick Nat. Biotechnol. 2002 20 619 622
57. B. Zakeri J. O. Fierer E. Celik E. C. Chittock U. Schwarz-Linek V. T. Moy M. Howarth Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012 109 12 E690 E697
58. N. Kong H. Li Adv. Funct. Mater. 2015 25 35 5593 5601
59. T. H. Yoo A. J. Link D. A. Tirrell Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007 104 35 13887 13890
60. W.-B. Zhang X.-M. Wang X.-W. Wang D. Liu S.-Y. Han S. Z. D. Cheng Prog. Chem. 2015 27 10 1333 1342
61. X. Roy C. H. Lee A. C. Crowther C. L. Schenck T. Besara R. A. Lalancette T. Siegrist P. W. Stephens L. E. Brus P. Kim M. L. Steigerwald C. Nuckolls Science 2013 341 6142 157 160
62. Z. Luo A. W. Castleman Acc. Chem. Res. 2014 47 10 2931 2940
63. D. A. Tomalia and A. Jensen, Periodic Patterns, Relationships and Categories of Well-Defined Nanoscale Building Blocks, National Science Foundation Workshop Report, 2007
64. M. A. Kastner Phys. Today 1993 46 1 24 31
65. Y. Chujo K. Tanaka Bull. Chem. Soc. Jpn. 2015 88 5 633 643
66. T. Mes R. van der Weegen A. R. Palmans E. W. Meijer Angew. Chem., Int. Ed. 2011 50 22 5085 5089
67. R. K. Iha K. L. Wooley A. M. Nystrom D. J. Burke M. J. Kade C. J. Hawker Chem. Rev. 2009 109 11 5620 5686
68. P. D. Lickiss F. Rataboul Adv. Organomet. Chem. 2008 57 1 116
69. D. B. Cordes P. D. Lickiss F. Rataboul Chem. Rev. 2010 110 4 2081 2173
70. V. Ervithayasuporn X. Wang Y. Kawakami Chem. Commun. 2009 34 5130 5132
71. X. Yu S. Zhong X. Li Y. Tu S. Yang R. M. Van Horn C. Ni D. J. Pochan R. P. Quirk C. Wesdemiotis W.-B. Zhang S. Z. D. Cheng J. Am. Chem. Soc. 2010 132 47 16741 16744
72. J. C. Furgal T. Goodson, III R. M. Laine Dalton Trans. 2016 45 3 1025 1039
73. S. Y. Han X. M. Wang Y. Shao Q. Y. Guo Y. Li W. B. Zhang Chem.-Eur. J. 2016 22 18 6397 6403
74. X.-M. Wang Q.-Y. Guo S.-Y. Han J.-Y. Wang D. Han Q. Fu W.-B. Zhang Chem.-Eur. J. 2015 21 43 15246 15255
75. F. J. Feher K. D. Wyndham R. K. Baldwin D. Soulivong J. D. Lichtenhan J. W. Zillera Chem. Commun. 1999 1289 1290
76. W. Si X. Zhang S. Lu T. Yasuda N. Asao L. Han Y. Yamamoto T. Jin Sci. Rep. 2015 5 13920
77. A. Hirsch and M. Brettreich, Fullerenes: Chemistry and Reactions, Wiley-VCH, Weinheim, Great Britain, 2005
78. N. E. Oguri Y. Egawa N. Takeda M. Unno Angew. Chem., Int. Ed. 2016 55 32 9336 9339
79. A. Blazquez-Moraleja M. Eugenia Perez-Ojeda J. R. Suarez M. Luisa Jimeno J. L. Chiara Chem. Commun. 2016 52 34 5792 5795
80. W.-B. Zhang Y. Li X. Li X. Dong X. Yu C.-L. Wang C. Wesdemiotis R. P. Quirk S. Z. D. Cheng Macromolecules 2011 44 8 2589 2596
81. C. Barner-Kowollik F. E. Du Prez P. Espeel C. J. Hawker T. Junkers H. Schlaad W. Van Camp Angew. Chem., Int. Ed. 2011 50 1 60 62
82. H. C. Kolb M. G. Finn K. B. Sharpless Angew. Chem., Int. Ed. 2001 40 11 2004 2021
83. P. Compain C. Decroocq J. Iehl M. Holler D. Hazelard T. Mena Barragan C. Ortiz Mellet J. F. Nierengarten Angew. Chem., Int. Ed. 2010 49 33 5753 5756
84. Y. Li H. Su X. Feng Z. Wang K. Guo C. Wesdemiotis Q. Fu S. Z. D. Cheng W.-B. Zhang Polym. Chem. 2014 5 21 6111 6380
85. X. Feng S. Zhu K. Yue H. Su K. Guo C. Wesdemiotis W.-B. Zhang S. Z. D. Cheng Y. Li ACS Macro Lett. 2014 3 9 900 905
86. K. Yue C. Liu K. Guo K. Wu X.-H. Dong H. Liu M. Huang C. Wesdemiotis S. Z. D. Cheng W.-B. Zhang Polym. Chem. 2013 4 4 1056 1067
87. E. M. Sletten C. R. Bertozzi Angew. Chem., Int. Ed. 2009 48 38 6974 6998
88. J. Li P. R. Chen Nat. Chem. Biol. 2016 12 3 129 137
89. O. Boutureira G. J. L. Bernardes Chem. Rev. 2015 115 2174 2195
90. P. E. Dawson T. W. Muir I. Clark-Lewis S. B. H. Kent Science 1994 266 776 779
91. T. W. Muir Annu. Rev. Biochem. 2003 72 249 289
92. V. Muralidharan T. W. Muir Nat. Methods 2006 3 6 429 438
93. E. Saxon C. R. Bertozzi Science 2000 287 5460 2007 2010
94. E. Saxon J. I. Armstrong C. R. Bertozzi Org. Lett. 2000 2 14 2141 2143
95. J. A. Codelli J. M. Baskin N. J. Agard C. R. Berozzi J. Am. Chem. Soc. 2008 130 34 11486 11493
96. X. H. Ning J. Guo M. A. Wolfert G. J. Boons Angew. Chem., Int. Ed. 2008 47 12 2253 2255
97. C. G. Gordon J. L. Mackey J. C. Jewett E. M. Sletten K. N. Houk C. R. Bertozzi J. Am. Chem. Soc. 2012 134 22 9199 9208
98. G. de Almeida E. M. Sletten H. Nakamura K. K. Palaniappan C. R. Bertozzi Angew. Chem., Int. Ed. 2012 51 10 2443 2447
99. X. H. Ning R. P. Temming J. Dommerholt J. Guo D. B. Ania M. F. Debets M. A. Wolfert G. J. Boons F. L. van Delft Angew. Chem., Int. Ed. 2010 49 17 3065 3068
100. M. L. Blackman M. Royzen J. M. Fox J. Am. Chem. Soc. 2008 130 41 13518 13519
101. K. Lang L. Davis J. Torres-Kolbus C. J. Chou A. Deiters J. W. Chin Nat. Chem. 2012 4 4 298 304
102. J. Yang J. Seckute C. M. Cole N. K. Devaraj Angew. Chem., Int. Ed. 2012 51 30 7476 7479
103. R. K. V. Lim Q. Lin Acc. Chem. Res. 2011 44 9 828 839
104. B. Zakeri M. Howarth J. Am. Chem. Soc. 2010 132 13 4526 4527
105. G. Veggiani T. Nakamura M. D. Brenner R. V. Gayet J. Yan C. V. Robinson M. Howarth Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2016 113 5 1202 1207
106. C. Schoene J. O. Fierer S. P. Bennett M. Howarth Angew. Chem., Int. Ed. 2014 53 6101 6104
107. W.-B. Zhang F. Sun D. A. Tirrell F. H. Arnold J. Am. Chem. Soc. 2013 135 37 13988 13997
108. X.-W. Wang W.-B. Zhang Angew. Chem., Int. Ed. 2016 55 10 3442 3446
109. F. Sun W.-B. Zhang A. Mahdavi F. H. Arnold D. A. Tirrell Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2014 111 31 11269 11274
110. Z. Liu H. Zhou W. Wang W. Tan Y. X. Fu M. Zhu Sci. Rep. 2014 4 7266
111. K. D. Brune D. B. Leneghan I. J. Brian A. S. Ishizuka M. F. Bachmann S. J. Draper S. Biswas M. Howarth Sci. Rep. 2016 6 19234
112. C. N. Bedbrook M. Kato S. Ravindra Kumar A. Lakshmanan R. D. Nath F. Sun P. W. Sternberg F. H. Arnold V. Gradinaru Chem. Biol. 2015 22 8 1108 1121
113. J. O. Fierer G. Veggiani M. Howarth Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2014 111 13 E1176 E1181
114. H. J. Dyson P. E. Wright Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2005 6 3 197 208
115. S. Z. D. Cheng J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2005 43 23 3361 3364
116. H.-J. Sun Y. Tu C.-L. Wang R. M. Van Horn C.-C. Tsai M. J. Graham B. Sun B. Lotz W.-B. Zhang S. Z. D. Cheng J. Mater. Chem. 2011 21 37 14240 14247
117. M.-C. Lin C. H. Hsu H.-J. Sun C.-L. Wang W.-B. Zhang Y. Li H.-L. Chen S. Z. D. Cheng Polymer 2014 55 17 4514 4520
118. X. Yu K. Yue I.-F. Hsieh Y. Li X.-H. Dong C. Liu Y. Xin H.-F. Wang A.-C. Shi G. R. Newkome R.-M. Ho E.-Q. Chen W.-B. Zhang S. Z. D. Cheng Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013 110 25 10078 10083
119. X. H. Dong B. Ni M. Huang C. H. Hsu R. Bai W. B. Zhang A. C. Shi S. Z. D. Cheng Angew. Chem., Int. Ed. 2016 55 7 2459 2463
120. B. Ni M. Huang Z. Chen Y. Chen C. H. Hsu Y. Li D. Pochan W. B. Zhang S. Z. D. Cheng X. H. Dong J. Am. Chem. Soc. 2015 137 4 1392 1395
121. M. Huang C.-H. Hsu J. Wang S. Mei X. Dong Y. Li M. Li H. Liu W. Zhang T. Aida W.-B. Zhang K. Yue S. Z. D. Cheng Science 2015 348 6233 424 428
122. X. Yu W. B. Zhang K. Yue X. Li H. Liu Y. Xin C. L. Wang C. Wesdemiotis S. Z. D. Cheng J. Am. Chem. Soc. 2012 134 18 7780 7787
123. K. Velonia A. E. Rowan R. J. M. Nolte J. Am. Chem. Soc. 2002 124 4224 4225
124. I. C. Reynhout J. J. L. Cornelissen R. J. M. Nolte J. Am. Chem. Soc. 2007 129 2327 2332
125. Y. Xia S. Tang B. D. Olsen Chem. Commun. 2013 49 25 2566 2568
126. W. Hassouneh K. Fischer S. R. MacEwan R. Branscheid C. L. Fu R. Liu M. Schmidt A. Chilkoti Biomacromolecules 2012 13 5 1598 1605
127. W. M. Park J. A. Champion J. Am. Chem. Soc. 2014 136 52 17906 17909
128. A. C. Obermeyer B. D. Olsen ACS Macro Lett. 2015 4 1 101 110
129. B. D. Olsen Macromol. Chem. Phys. 2013 214 15 1659 1668
130. C. N. Lam M. Kim C. S. Thomas D. Chang G. E. Sanoja C. U. Okwara B. D. Olsen Biomacromolecules 2014 15 4 1248 1258
131. C. N. Lam H. Yao B. D. Olsen Biomacromolecules 2016 17 9 2820 2829
132. G. Qin M. J. Glassman C. N. Lam D. Chang E. Schaible A. Hexemer B. D. Olsen Adv. Funct. Mater. 2015 25 5 729 738
133. G. Qin P. M. Perez C. E. Mills B. D. Olsen Biomacromolecules 2016 17 3 928 934
134. C. S. Thomas L. Xu B. D. Olsen Biomacromolecules 2013 14 9 3064 3072
135. D. Chang C. N. Lam S. Tang B. D. Olsen Polym. Chem. 2014 5 17 4884 4895
136. D. Chang B. D. Olsen Polym. Chem. 2016 7 13 2410 2418
137. G. Cattani L. Vogeley P. B. Crowley Nat. Chem. 2015 7 10 823 828
138. Y. Bai Q. Luo J. Liu Chem. Soc. Rev. 2016 45 10 2756 2767
139. N. P. King W. Sheffler M. R. Sawaya B. S. Vollmar J. P. Sumida I. Andre T. Gonen T. O. Yeates D. Baker Science 2012 336 6085 1171 1174
140. Y. Suzuki G. Cardone D. Restrepo P. D. Zavattieri T. S. Baker F. A. Tezcan Nature 2016 533 7603 369 373
141. F. Sakai G. Yang M. S. Weiss Y. Liu G. Chen M. Jiang Nat. Commun. 2014 5 4634
142. G. Yang X. Zhang Z. Kochovski Y. Zhang B. Dai F. Sakai L. Jiang Y. Lu M. Ballauff X. Li C. Liu G. Chen M. Jiang J. Am. Chem. Soc. 2016 138 6 1932 1937
143. Materials Genome Initiative for Global Competitiveness, National Science and Technology Council, Washington, DC, 2011