Reliability and accuracy of single-molecule FRET studies for characterization of structural dynamics and distances in proteins

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Ganesh Agam - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Christian Gebhardt - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Milana Popara - , Heinrich Heine Universität Düsseldorf (Autor:in)
  • Rebecca Mächtel - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Julian Folz - , Heinrich Heine Universität Düsseldorf (Autor:in)
  • Benjamin Ambrose - , University of Sheffield (Autor:in)
  • Neharika Chamachi - , Professur für Molekulare Biophysik, DRESDEN-concept Genome Center (CMCB Core Facility) (Autor:in)
  • Sang Yoon Chung - , University of California at Los Angeles (Autor:in)
  • Timothy D. Craggs - , University of Sheffield (Autor:in)
  • Marijn de Boer - , University of Groningen (Autor:in)
  • Dina Grohmann - , Universität Regensburg (Autor:in)
  • Taekjip Ha - , Johns Hopkins University (Autor:in)
  • Andreas Hartmann - , Professur für Molekulare Biophysik (Autor:in)
  • Jelle Hendrix - , Hasselt University, KU Leuven (Autor:in)
  • Verena Hirschfeld - , Universität zu Lübeck (Autor:in)
  • Christian G. Hübner - , Universität zu Lübeck (Autor:in)
  • Thorsten Hugel - , Albert-Ludwigs-Universität Freiburg (Autor:in)
  • Dominik Kammerer - , University of Oxford (Autor:in)
  • Hyun Seo Kang - , Technische Universität München (Autor:in)
  • Achillefs N. Kapanidis - , University of Oxford (Autor:in)
  • Georg Krainer - , Center for Molecular Bioengineering (B CUBE), University of Cambridge (Autor:in)
  • Kevin Kramm - , Universität Regensburg (Autor:in)
  • Edward A. Lemke - , Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Institut für Molekulare Biologie (IMB) gGmbH, European Molecular Biology Laboratory (EMBL) Heidelberg (Autor:in)
  • Eitan Lerner - , Hebrew University of Jerusalem (Autor:in)
  • Emmanuel Margeat - , Université de Montpellier (Autor:in)
  • Kirsten Martens - , Leiden University (Autor:in)
  • Jens Michaelis - , Universität Ulm (Autor:in)
  • Jaba Mitra - , Johns Hopkins University, University of Illinois at Urbana-Champaign (Autor:in)
  • Gabriel G. Moya Muñoz - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Robert B. Quast - , Université de Montpellier (Autor:in)
  • Nicole C. Robb - , University of Oxford, University of Warwick (Autor:in)
  • Michael Sattler - , Technische Universität München, Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (Autor:in)
  • Michael Schlierf - , Professur für Molekulare Biophysik, Exzellenzcluster PoL: Physik des Lebens (Autor:in)
  • Jonathan Schneider - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Tim Schröder - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Anna Sefer - , Universität Ulm (Autor:in)
  • Piau Siong Tan - , Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Institut für Molekulare Biologie (IMB) gGmbH (Autor:in)
  • Johann Thurn - , Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) e.V. (Autor:in)
  • Philip Tinnefeld - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • John van Noort - , Leiden University (Autor:in)
  • Shimon Weiss - , University of California at Los Angeles, California NanoSystems Institute (Autor:in)
  • Nicolas Wendler - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Niels Zijlstra - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Anders Barth - , Heinrich Heine Universität Düsseldorf, Technische Universität Delft (Autor:in)
  • Claus A.M. Seidel - , Heinrich Heine Universität Düsseldorf (Autor:in)
  • Don C. Lamb - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Thorben Cordes - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)

Abstract

Single-molecule Förster-resonance energy transfer (smFRET) experiments allow the study of biomolecular structure and dynamics in vitro and in vivo. We performed an international blind study involving 19 laboratories to assess the uncertainty of FRET experiments for proteins with respect to the measured FRET efficiency histograms, determination of distances, and the detection and quantification of structural dynamics. Using two protein systems with distinct conformational changes and dynamics, we obtained an uncertainty of the FRET efficiency ≤0.06, corresponding to an interdye distance precision of ≤2 Å and accuracy of ≤5 Å. We further discuss the limits for detecting fluctuations in this distance range and how to identify dye perturbations. Our work demonstrates the ability of smFRET experiments to simultaneously measure distances and avoid the averaging of conformational dynamics for realistic protein systems, highlighting its importance in the expanding toolbox of integrative structural biology.

Details

OriginalspracheEnglisch
Seiten (von - bis)523-535
Seitenumfang24
FachzeitschriftNature methods
Jahrgang20
Ausgabenummer4
PublikationsstatusVeröffentlicht - 27 März 2023
Peer-Review-StatusJa

Externe IDs

PubMed 36973549
WOS 000961406200002
ORCID /0000-0002-6209-2364/work/142237706
ORCID /0000-0002-2213-2763/work/142239790
ORCID /0000-0002-4657-9092/work/142247779

Schlagworte

Schlagwörter

  • Fluorescence Resonance Energy Transfer/methods, Laboratories, Molecular Conformation, Proteins/chemistry, Reproducibility of Results, Spectroscopy, Nano-positioning system, Orientational freedom, Rna, Conformational dynamics, Lifetime distribution, Ligand-binding, Photon distribution, Alternating-laser excitation, Resonance energy-transfer