Studying Reversible Protein Post-translational Modification through Co-translational Modification.
co-translational modifications
genetic code expansion
genetically modified organisms
post-translational modifications
unnatural amino acids
Journal
Chembiochem : a European journal of chemical biology
ISSN: 1439-7633
Titre abrégé: Chembiochem
Pays: Germany
ID NLM: 100937360
Informations de publication
Date de publication:
03 04 2023
03 04 2023
Historique:
revised:
21
01
2023
received:
03
12
2022
medline:
4
4
2023
pubmed:
25
1
2023
entrez:
24
1
2023
Statut:
ppublish
Résumé
Understanding the post-translational modifications of targeted proteins is of great significance for manipulating the physiological processes of eukaryotes. Chemical biology tools have been used to investigate the biological roles of those post-translational modifications at particular sites, especially genetic code expansion technology, which can also be combined with the concept of synthetic biology to generate a genetically modified organism with a synthetic auxotroph for co-translational modification components. In this concept, we will introduce applications, limitations, and perspectives of genetic code expansion technology for studying post-translational modification based on recent progresses. Future perspectives of genetically modified organisms also will be discussed in regard to the application of post-translational modification research.
Identifiants
pubmed: 36691854
doi: 10.1002/cbic.202200716
doi:
Substances chimiques
Proteins
0
Types de publication
Journal Article
Research Support, Non-U.S. Gov't
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e202200716Informations de copyright
© 2023 Wiley-VCH GmbH.
Références
H. Xu, Y. Wang, S. Lin, W. Deng, D. Peng, Q. Cui, Y. Xue, Genomics Proteomics Bioinf. 2018, 16, 244-251.
C. Choudhary, B. T. Weinert, Y. Nishida, E. Verdin, M. Mann, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2014, 15, 536-550;
H. Huang, D. Zhang, Y. Wang, M. Perez-Neut, Z. Han, Y. G. Zheng, Q. Hao, Y. Zhao, Nat. Commun. 2018, 9, 3374.
C. C. Liu, P. G. Schultz, Annu. Rev. Biochem. 2010, 79, 413-444;
L. Wang, Acc. Chem. Res. 2017, 50, 2767-2775;
Y. Huang, T. Liu, Synth. Syst. Biotechnol. 2018, 3, 150-158.
M. A. Shandell, Z. Tan, V. W. Cornish, Biochemistry 2021, 60, 3455-3469.
L. Wang, T. J. Magliery, D. R. Liu, P. G. Schultz, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 5010-5011.
G. Srinivasan, C. M. James, J. A. Krzycki, Science 2002, 296, 1459-1462.
H. Chen, S. Venkat, P. McGuire, Q. Gan, C. Fan, Molecules 2018, 23, 1662;
A. C. Conibear, Nat. Chem. Rev. 2020, 4, 674-695;
J. Chen, Y. H. Tsai, J. Mol. Biol. 2022, 434, 167424;
J. N. Beyer, N. R. Raniszewski, G. M. Burslem, ChemBioChem 2021, 22, 17-42.
J. W. Kehoe, C. R. Bertozzi, Chem. Biol. 2000, 7, 57-61.
R. W. H. Lee, W. B. Huttner, J. Biol. Chem. 1983, 258, 1326-1334.
C. C. Liu, P. G. Schultz, Nat. Biotechnol. 2006, 24, 1436-1440;
B. Schwessinger, X. Li, T. L. Ellinghaus, L. J. Chan, T. Wei, A. Joe, N. Thomas, R. Pruitt, P. D. Adams, M. S. Chern, C. J. Petzold, C. C. Liu, P. C. Ronald, Integr. Biol. 2016, 8, 542-545.
J. J. Porter, R. A. Mehl, Oxid. Met. 2018, 2018, 7607463.
H. Neumann, J. L. Hazen, J. Weinstein, R. A. Mehl, J. W. Chin, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 4028-4033;
M. C. Franco, Y. Ye, C. A. Refakis, J. L. Feldman, A. L. Stokes, M. Basso, R. M. Melero Fernandez de Mera, N. A. Sparrow, N. Y. Calingasan, M. Kiaei, T. W. Rhoads, T. C. Ma, M. Grumet, S. Barnes, M. F. Beal, J. S. Beckman, R. Mehl, A. G. Estevez, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2013, 110, 1102-1111;
M. Jandy, A. Noor, P. Nelson, C. N. Dennys, I. M. Karabinas, J. C. Pestoni, G. D. Singh, L. Luc, R. Devyldere, N. Perdomo, C. E. Mitchell, L. Adams, M. A. Fuse, F. A. Mendoza, C. L. Marean-Reardon, R. A. Mehl, A. G. Estevez, M. C. Franco, Redox. Biol. 2022, 50, 102247;
J. J. Porter, H. S. Jang, M. M. Haque, D. J. Stuehr, R. A. Mehl, J. Biol. Chem. 2020, 295, 2203-2211.
J. S. Italia, J. C. Peeler, C. M. Hillenbrand, C. Latour, E. Weerapana, A. Chatterjee, Nat. Chem. Biol. 2020, 16, 379-382;
X. He, Y. Chen, D. G. Beltran, M. Kelly, B. Ma, J. Lawrie, F. Wang, E. Dodds, L. Zhang, J. Guo, W. Niu, Nat. Commun. 2020, 11, 4820.
J. J. Porter, H. S. Jang, E. M. Van Fossen, D. P. Nguyen, T. S. Willi, R. B. Cooley, R. A. Mehl, ACS Chem. Biol. 2019, 14, 1328-1336.
J. A. Ubersax, J. E. Ferrell, Jr., Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2007, 8, 530-541.
X. Qin, T. Liu, J. Mol. Biol. 2022, 434, 167406.
H. S. Park, M. J. Hohn, T. Umehara, L. T. Guo, E. M. Osborne, J. Benner, C. J. Noren, J. Rinehart, D. Soll, Science 2011, 333, 1151-1154;
D. T. Rogerson, A. Sachdeva, K. Wang, T. Haq, A. Kazlauskaite, S. M. Hancock, N. Huguenin-Dezot, M. M. Muqit, A. M. Fry, R. Bayliss, J. W. Chin, Nat. Chem. Biol. 2015, 11, 496-503;
M. S. Zhang, S. F. Brunner, N. Huguenin-Dezot, A. D. Liang, W. H. Schmied, D. T. Rogerson, J. W. Chin, Nat. Methods 2017, 14, 729-736.
N. Huguenin-Dezot, V. De Cesare, J. Peltier, A. Knebel, Y. A. Kristaryianto, D. T. Rogerson, Y. Kulathu, M. Trost, J. W. Chin, Cell Rep. 2016, 16, 1180-1193;
V. Beranek, C. D. Reinkemeier, M. S. Zhang, A. D. Liang, G. Kym, J. W. Chin, Cell Chem. Biol. 2018, 25, 1067-1074;
C. Dickson, A. J. Fletcher, M. Vaysburd, J. C. Yang, D. L. Mallery, J. Zeng, C. M. Johnson, S. H. McLaughlin, M. Skehel, S. Maslen, J. Cruickshank, N. Huguenin-Dezot, J. W. Chin, D. Neuhaus, L. C. James, eLife 2018, 7, e32660.
C. Hoppmann, A. Wong, B. Yang, S. Li, T. Hunter, K. M. Shokat, L. Wang, Nat. Chem. Biol. 2017, 13, 842-844.
X. Luo, G. Fu, R. E. Wang, X. Zhu, C. Zambaldo, R. Liu, T. Liu, X. Lyu, J. Du, W. Xuan, A. Yao, S. A. Reed, M. Kang, Y. Zhang, H. Guo, C. Huang, P. Y. Yang, I. A. Wilson, P. G. Schultz, F. Wang, Nat. Chem. Biol. 2017, 13, 845-849.
C. Fan, K. Ip, D. Soll, FEBS Lett. 2016, 590, 3040-3047.
L. Tong, T. C. Warren, S. Lukas, J. Schembri-King, R. Betageri, J. R. Proudfoot, S. Jakes, J. Biol. Chem. 1998, 273, 20238-20242;
T. R. Burke, Jr., J. Luo, Z. J. Yao, Y. Gao, H. Zhao, G. W. Milne, R. Guo, J. H. Voigt, C. R. King, D. Yang, Bioorg. Med. Chem. Lett. 1999, 9, 347-352;
J. Xie, L. Supekova, P. G. Schultz, ACS Chem. Biol. 2007, 2, 474-478;
H. L. Rust, V. Subramanian, G. M. West, D. D. Young, P. G. Schultz, P. R. Thompson, ACS Chem. Biol. 2014, 9, 649-655;
S. Subramanyam, M. Ismail, I. Bhattacharya, M. Spies, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2016, 113, E6045-E6054;
A. Guerra-Castellano, A. Díaz-Quintana, G. Pérez-Mejías, C. A. Elena-Real, K. González-Arzola, S. M. García-Mauriño, M. A. De la Rosa, I. Díaz-Moreno, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2018, 115, 7955-7960;
N. A. Kalogriopoulos, I. Lopez-Sanchez, C. Lin, T. Ngo, K. K. Midde, S. Roy, N. Aznar, F. Murray, M. Garcia-Marcos, I. Kufareva, M. Ghassemian, P. Ghosh, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2020, 117, 28763-28774.
X. He, B. Ma, Y. Chen, J. Guo, W. Niu, Chem. Commun. 2022, 58, 5897-5900;
K. T. Grasso, S. J. Singha Roy, A. O. Osgood, M. J. R. Yeo, C. Soni, C. M. Hillenbrand, E. D. Ficaretta, A. Chatterjee, ACS Cent. Sci. 2022, 8, 483-492.
R. Thyer, S. d′Oelsnitz, M. S. Blevins, D. R. Klein, J. S. Brodbelt, A. D. Ellington, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 14811-14816;
Angew. Chem. 2021, 133, 14937-14942.
W. Ding, H. Zhao, Y. Chen, B. Zhang, Y. Yang, J. Zang, J. Wu, S. Lin, Nat. Commun. 2020, 11, 3154.
D. Groff, P. R. Chen, F. B. Peters, P. G. Schultz, ChemBioChem 2010, 11, 1066-1068.
S. Mondal, S. Wang, Y. Zheng, S. Sen, A. Chatterjee, P. R. Thompson, Nat. Commun. 2021, 12, 45.
H. Xiao, F. B. Peters, P. Y. Yang, S. Reed, J. R. Chittuluru, P. G. Schultz, ACS Chem. Biol. 2014, 9, 1092-1096.
Y. Xu, Z. Shi, L. Bao, Mol. Cell. Proteomics 2022, 21, 100193.
P. Neumann-Staubitz, M. Lammers, H. Neumann, Adv. Biol. 2021, 5, e2100926.
H. Neumann, S. Y. Peak-Chew, J. W. Chin, Nat. Chem. Biol. 2008, 4, 232-234.
T. Wang, Q. Zhou, F. Li, Y. Yu, X. Yin, J. Wang, ChemBioChem 2015, 16, 1440-1442.
B. J. Wilkins, L. E. Hahn, S. Heitmuller, H. Frauendorf, O. Valerius, G. H. Braus, H. Neumann, ACS Chem. Biol. 2015, 10, 939-944;
M. J. Gattner, M. Vrabel, T. Carell, Chem. Commun. 2013, 49, 379-381.
C. H. Kim, M. Kang, H. J. Kim, A. Chatterjee, P. G. Schultz, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 7246-7249;
Angew. Chem. 2012, 124, 7358-7361;
D. Wu, Y. Zhang, Z. Tang, X. Chen, X. Ling, L. Li, W. Cao, W. Zheng, J. Wu, H. Tang, X. Liu, X. Luo, T. Liu, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202205570.
H. Xiao, W. Xuan, S. Shao, T. Liu, P. G. Schultz, ACS Chem. Biol. 2015, 10, 1599-1603.
H. T. Tian, J. L. Yang, A. D. Guo, Y. Ran, Y. Z. Yang, B. Yang, R. M. Huang, H. M. Liu, X. H. Chen, ACS Chem. Biol. 2021, 16, 2560-2569;
Y. Ji, C. Ren, H. Miao, Z. Pang, R. Xiao, X. Yang, W. Xuan, Chem. Commun. 2021, 57, 1798-1801;
L. Cao, J. Liu, F. Ghelichkhani, S. Rozovsky, L. Wang, ChemBioChem 2021, 22, 2530-2534.
S. M. Hancock, R. Uprety, A. Deiters, J. W. Chin, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14819-14824;
S. W. Kim, K. J. Lee, S. Kim, J. Kim, K. Cho, H. S. Ro, H. S. Park, Biochim. Biophys. Acta Gen. Subj. 2017, 1861, 3030-3037.
T. Mukai, T. Kobayashi, N. Hino, T. Yanagisawa, K. Sakamoto, S. Yokoyama, Biochem. Biophys. Res. Commun. 2008, 371, 818-822;
S. Cohen, E. Arbely, ChemBioChem 2016, 17, 1008-1011;
S. J. Elsasser, R. J. Ernst, O. S. Walker, J. W. Chin, Nat. Methods 2016, 13, 158-164;
L. M. Hu, X. W. Qin, Y. J. Huang, W. B. Cao, C. C. Wang, Y. Wang, X. Y. Lin, H. Q. Chen, D. Wu, Y. Lin, T. Liu, ACS Synth. Biol. 2020, 9, 2723-2736.
S. Han, A. Yang, S. Lee, H. W. Lee, C. B. Park, H. S. Park, Nat. Commun. 2017, 8, 14568.
Z. A. Wang, Y. Kurra, X. Wang, Y. Zeng, Y. J. Lee, V. Sharma, H. Lin, S. Y. Dai, W. R. Liu, Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 1643-1647;
Angew. Chem. 2017, 129, 1665-1669.
H. Neumann, S. M. Hancock, R. Buning, A. Routh, L. Chapman, J. Somers, T. Owen-Hughes, J. van Noort, D. Rhodes, J. W. Chin, Mol. Cell 2009, 36, 153-163;
M. Wakamori, Y. Fujii, N. Suka, M. Shirouzu, K. Sakamoto, T. Umehara, S. Yokoyama, Sci. Rep. 2015, 5, 17204.
Y. C. Pan, J. H. Jin, Y. Yu, J. Y. Wang, ChemBioChem 2014, 15, 1773-1776;
S. de Boor, P. Knyphausen, N. Kuhlmann, S. Wroblowski, J. Brenig, L. Scislowski, L. Baldus, H. Nolte, M. Kruger, M. Lammers, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2015, 112, E3679-E3688.
Z. J. Zhang, V. A. Pedicord, T. Peng, H. C. Hang, Nat. Chem. Biol. 2020, 16, 95-103.
A. J. Rovner, A. D. Haimovich, S. R. Katz, Z. Li, M. W. Grome, B. M. Gassaway, M. Amiram, J. R. Patel, R. R. Gallagher, J. Rinehart, F. J. Isaacs, Nature 2015, 518, 89-93;
D. J. Mandell, M. J. Lajoie, M. T. Mee, R. Takeuchi, G. Kuznetsov, J. E. Norville, C. J. Gregg, B. L. Stoddard, G. M. Church, Nature 2015, 518, 55-60;
M. Koh, F. Nasertorabi, G. W. Han, R. C. Stevens, P. G. Schultz, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 5728-5731;
R. Tian, Y. Liu, Y. Cao, Z. Zhang, J. Li, L. Liu, G. Du, J. Chen, Nat. Commun. 2020, 11, 5078.
W. Xuan, P. G. Schultz, Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 9170-9173;
Angew. Chem. 2017, 129, 9298-9301;
M. Koh, A. Yao, P. R. Gleason, J. H. Mills, P. G. Schultz, J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 16213-16216;
H. Zhao, W. Ding, J. Zang, Y. Yang, C. Liu, L. Hu, Y. Chen, G. Liu, Y. Fang, Y. Yuan, S. Lin, Nat. Commun. 2021, 12, 7039.
D. M. Truong, J. D. Boeke, Cell 2017, 171, 1508-1519.
M. D. Shahbazian, M. Grunstein, Annu. Rev. Biochem. 2007, 76, 75-100.
T. Finkel, C. X. Deng, R. Mostoslavsky, Nature 2009, 460, 587-591.
Y. Huang, W. Wan, W. K. Russell, P. J. Pai, Z. Y. Wang, D. H. Russell, W. S. Liu, Bioorg. Med. Chem. Lett. 2010, 20, 878-880.
H. Xiong, N. M. Reynolds, C. Fan, M. Englert, D. Hoyer, S. J. Miller, D. Soll, Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 4083-4086;
Angew. Chem. 2016, 128, 4151-4154.
F. Zhang, Q. Zhou, G. Yang, L. An, F. Li, J. Wang, Chem. Commun. 2018, 54, 3879-3882.
Y. Zheng, R. Mukherjee, M. A. Chin, P. Igo, M. J. Gilgenast, A. Chatterjee, Biochemistry 2018, 57, 441-445.
J. T. Stieglitz, J. A. Van Deventer, ACS Synth. Biol. 2022, 11, 2284-2299.
J. T. Stieglitz, P. Lahiri, M. I. Stout, J. A. Van Deventer, ACS Synth. Biol. 2022, 11, 1824-1834.
M. T. Zackin, J. T. Stieglitz, J. A. Van Deventer, ACS Synth. Biol. 2022, 11, 3669-3680.
J. Sanders, S. A. Hoffmann, A. P. Green, Y. Cai, Curr. Opin. Biotechnol. 2022, 75, 102691.
Z. Bao, M. HamediRad, P. Xue, H. Xiao, I. Tasan, R. Chao, J. Liang, H. Zhao, Nat. Biotechnol. 2018, 36, 505-508;
X. Guo, A. Chavez, A. Tung, Y. Chan, C. Kaas, Y. Yin, R. Cecchi, S. L. Garnier, E. D. Kelsic, M. Schubert, J. E. DiCarlo, J. J. Collins, G. M. Church, Nat. Biotechnol. 2018, 36, 540-546.
O. Vargas-Rodriguez, A. Sevostyanova, D. Soll, A. Crnkovic, Curr. Opin. Chem. Biol. 2018, 46, 115-122;
D. Cervettini, S. Tang, S. D. Fried, J. C. W. Willis, L. F. H. Funke, L. J. Colwell, J. W. Chin, Nat. Biotechnol. 2020, 38, 989-999.
L. W. Q. Wang, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 6066-6067;
Q. Wang, A. R. Parrish, L. Wang, Chem. Biol. 2009, 16, 323-336.
G. Galli, H. Hofstetter, M. L. Birnstiel, Nature 1981, 294, 626-631.
C. Kuscu, M. Parlak, T. Tufan, J. K. Yang, K. Szlachta, X. L. Wei, R. Mammadov, M. Adli, Nat. Methods 2017, 14, 710-712;
P. Billon, E. E. Bryant, S. A. Joseph, T. S. Nambiar, S. B. Hayward, R. Rothstein, A. Ciccia, Mol. Cell 2017, 67, 1068-1079;
Y. T. Chen, E. Hysolli, A. L. Chen, S. Casper, S. L. Liu, K. Yang, C. L. Liu, G. Church, Nat. Commun. 2022, 13.
Y. D. Chen, J. Tang, L. S. Wang, Z. R. Tian, A. Cardenas, X. L. Fang, A. Chatterjee, H. Xiao, Chem 2020, 6, 2717-2727.
Y. D. Chen, A. Loredo, A. N. Chung, M. X. Zhang, R. Liu, H. Xiao, J. Mol. Biol. 2022, 434.
Y. Chen, S. Jin, M. Zhang, Y. Hu, K. L. Wu, A. Chung, S. Wang, Z. Tian, Y. Wang, P. G. Wolynes, H. Xiao, Nat. Commun. 2022, 13, 5434.