Modification and optimization of the United-Residue (UNRES) potential energy function for canonical simulations. I. Temperature dependence of the effective energy function and tests of the optimization method with single training proteins

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 111, Issue 1, 2007, Pages 260-285

  Liwo, Adam ^a   Khalili, Mey ^a   Czaplewski, Cezary ^a   Kalinowski, Sebastian ^b   Ołdziej, Stanisław ^a   Wachucik, Katarzyna ^b   Scheraga, Harold A ^a  

^a Baker Laboratory of Chemistry and Chemical Biology Cornell University ^*  (United States)

^b UNIVERSITY OF GDA SK   (Poland)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CONFORMATIONS; ENTROPY; FREE ENERGY; MOLECULAR DYNAMICS; OPTIMIZATION; PROTEINS;

CONFORMATIONAL ENTROPY; TEMPERATURE DEPENDENCE; UNITED-RESIDUE (UNRES);

POTENTIAL ENERGY;

EID: 33847123661     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp065380a     Document Type: Article

References (85)

1. Skolnick, J.; Zhang, Y.; Arakaki, A. K.; Koliński, A.; Boniecki, M.; Szilagyi, A.; Kihara, D. Proteins: Struct., Funct., Genet. 2003, 53, 469.
2. Eskow, E.; Bader, D.; Byrd, R.; Crivelli, S.; Head-Gordon, T.; Lamberti, V.; Schnabel, R. Math. Program. 2004, 101, 497.
3. Fujitsuka, Y.; Takada, S.; Luthey-Schulten, Z. A.; Wolynes, P. G. Proteins: Struct., Funct., Genet. 2004, 54, 88.
4. Scheraga, H. A.; Liwo, A.; Ołdziej, S.; Czaplewski, C.; Pillardy, J.; Ripoll, D. R.; Vila, J. A.; Kaźmierkiewicz, R.; Saunders, J. A.; Arnautova, Y. A.; Jagielska, A.; Chinchio, M.; Nanias, M. Front. Biosci. 2004, 9, 3296.
5. Petrey, D.; Honig, B. Mol. Cell 2005, 20, 811.
6. Kryshtafovych, A.; Venclovas, C.; Fidelis, K.; Moult, J. Proteins: Struct., Funct., Bionif. 2005, 61 Suppl. 7, 225.
7. Baker, D. Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. B 2006, 361, 459.
8. Bujnicki, J. M. ChemBioChem 2006, 7, 19.
9. Floudas, C. A.; Fung, H. K.; McAllister, S. R.; Mnnigmann, M.; Rajgaria, R. Chem. Eng. Sci. 2006, 61, 966.
10. Prentiss, M. C.; Hardin, C.; Eastwood, M. P.; Zong, C. H.; Wolynes, P. G. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 705.
11. Anfinsen, C. B. Science 1973, 181, 223.
12. Vila, J. A.; Ripoll, D. R.; Scheraga, H. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 14812.
13. Ripoll, D. R.; Vila, J. A.; Scheraga, H. A. J. Mol. Biol. 2004, 339, 915.
14. Schug, A.; Wenzel, W. Biophys. J. 2006, 90, 4273.
15. Duan, Y.; Kollman, P. A. Science 1998, 282, 740.
16. Jang, S.; Kim, E.; Shin, S.; Pak, Y. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 14841.
17. Liwo, A.; Pincus, M. R.; Wawak, R. J.; Rackovsky, S.; Scheraga, H. A. Protein Sci. 1993, 2, 1697.
18. Liwo, A.; Pincus, M. R.; Wawak, R. J.; Rackovsky, S.; Scheraga, H. A. Protein Sci. 1993, 2, 1715.
19. Liwo, A.; Ołdziej, S.; Pincus, M. R.; Wawak, R. J.; Rackovsky, S.; Scheraga, H. A. J. Comput. Chem. 1997, 18, 849.
20. Liwo, A.; Pincus, M. R.; Wawak, R. J.; Rackovsky, S.; Ołdziej, S.; Scheraga, H. A. J. Comput. Chem. 1997, 18, 874.
21. Liwo, A.; Kaźmierkiewicz, R.; Czaplewski, C.; Groth, M.; Ołdziej, S.; Wawak, R. J.; Rackovsky, S.; Pincus, M. R.; Scheraga, H. A. J. Comput. Chem. 1998, 19, 259.
22. Liwo, A.; Czaplewski, C.; Pillardy, J.; Scheraga, H. A. J. Chem. Phys. 2001, 115, 2323.
23. Lee, J.; Ripoll, D. R.; Czaplewski, C.; Pillardy, J.; Wedemeyer, W. J.; Scheraga, H. A. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 7291.
24. Pillardy, J.; Czaplewski, C.; Liwo, A.; Lee, J.; Ripoll, D. R.; Kazmierkiewicz, R.; Ołdziej, S.; Wedemeyer, W. J.; Gibson, K. D.; Arnautova, Y. A.; Saunders, J.; Ye, Y.-J.; Scheraga, H. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 2329.
25. Liwo, A.; Arłukowicz, P.; Czaplewski, C.; Ołdziej, S.; Pillardy, J.; Scheraga, H. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 1937.
26. Kubo, R. J. Phys. Soc. Jpn. 1962, 17, 1100.
27. Liwo, A.; Ołdziej, S.; Czaplewski, C.; Kozłowska, U.; Scheraga, H. A. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 9421.
28. Lee, J.; Scheraga, H. A.; Rackovsky, S. J. Comput. Chem. 1997, 18, 1222.
29. Lee, J.; Scheraga, H. A. Int. J. Quantum Chem. 1999, 75, 255.
30. Liwo, A.; Artukowicz, P.; Ołdziej, S.; Czaplewski, C.; Makowski, M.; Scheraga, H. A. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 16918.
31. Ołdziej, S.; Liwo, A.; Czaplewski, C.; Pillardy, J.; Scheraga, H. A. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 16934.
32. Ołdziej, S.; Ła̧giewka, J.; Liwo, A.; Czaplewski, C.; Chinchio, M.; Nanias, M.; Scheraga, H. A. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 16950.
33. Bateman, A.; Bycroft, M. J. Mol. Biol. 2000, 299, 1113.
34. Macias, M. J.; Gervais, V.; Civera, C.; Oschkinat, H. Nat. Struct. Biol. 2000, 7, 375.
35. Johansson, M. U.; de Chateau, M.; Wikstrom, M.; Forsen, S.; Drakenberg, T.; Bjorck, L. J. Mol. Biol. 1997, 266, 859.
36. Derrick, J. P.; Wigley, D. B. J. Mol. Biol. 1994, 243, 906.
37. Ołdziej, S.; Czaplewski, C.; Liwo, A.; Chinchio, M.; Nanias, M.; Vila, J. A.; Khalili; M.; Arnautova, Y. A.; Jagielska, A.; Makowski, M.; Schafroth, H. D.; Kaźmierkiewicz, R.; Ripoll, D. R.; Pillardy, J.; Saunders, J. A.; Kang, Y. K.; Gibson, K. D.; Scheraga, H. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 7547.
38. Khalili, M.; Liwo, A.; Rakowski, F.; Grochowski, P.; Scheraga, H. A. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 13785.
39. Khalili, M.; Liwo, A.; Jagielska, A.; Scheraga, H. A. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 13798.
40. Liwo, A.; Khalili, M.; Scheraga, H. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 2362.
41. Thirumalai, D.; Klimov, D. K. Curr. Opin. Struct. Biol. 1999, 9, 197.
42. Brown, S.; Fawzi, N. J.; Head-Gordon, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 10712.
43. Brown, S.; Head-Gordon, T. Protein Sci. 2004, 13, 958.
44. Cieplak, M.; Hoang, T. X.; Robbins, M. O. Proteins: Struct., Funct., Genet. 2002, 49, 104.
45. Khalili, M.; Liwo, A.; Scheraga, H. A. J. Mol. Biol. 2006, 355, 536.
46. Camacho, C. J.; Thirumalai, D. Europhys. Lett. 1996, 35, 627.
47. Klimov, D. K.; Thirumalai, D. Phys. Rev. Lett. 1996, 76, 4070.
48. Nanias, M.; Czaplewski, C.; Scheraga, H. A. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 513.
49. Czaplewski, C.; Kalinowski, S.; Scheraga, H. A., to be submitted, 2006.
50. Mitsutake, A.; Sugita, Y.; Okamoto, Y. J. Chem. Phys. 2003, 118, 6664.
51. Lee, J.; Liwo, A.; Ripoll, D. R.; Pillardy, J.; Saunders, J. A.; Gibson, K. D.; Scheraga, H. A. Int. J. Quantum Chem. 2000, 77, 90.
52. Kazmierkiewicz, R.; Liwo, A.; Scheraga, H. A. J. Comput. Chem. 2002, 23, 715.
53. Kazmierkiewicz, R.; Liwo, A.; Scheraga, H. A. Biophys. Chem. 2003, 100, 261. Erratum: Biophys. Chem. 2003, 106, 91.
54. Elber, R.; Ghosh, A.; Cardenas, A. Acc. Chem. Res. 2002, 35, 396.
55. Ghosh, A.; Elber, R.; Scheraga, H. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 10394.
56. Pillardy, J.; Czaplewski, C.; Liwo, A.; Wedemeyer, W. J.; Lee, J.; Ripoll, D. R.; Artukowicz, P.; Ołdziej, S.; Arnautova, Y. A.; Scheraga, H. A. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 7299.
57. Ołdziej, S.; Kozłowska, U.; Liwo, A.; Scheraga, H. A. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 8035.
58. Czaplewski, C.; Liwo, A.; Pillardy, J.; Ołdziej, S.; Scheraga, H. A. Polymer 2004, 45, 677.
59. Kolinski, A.; Skolnick, J. J. Chem. Phys. 1992, 97, 9412.
60. Gay, J. G.; Berne, B. J. J. Chem. Phys. 1981, 74, 3316.
61. Hansmann, U. H. E.; Okamoto, Y. Physica A 1994, 212, 415.
62. Sugita, Y.; Okamoto, Y. Chem. Phys. Lett. 2000, 329, 261.
63. Mitsutake, A.; Sugita, Y.; Okamoto, Y. J. Chem. Phys. 2003, 118, 6676.
64. Rhee, Y. M.; Pande, V. S. Biophys. J. 2003, 84, 775.
65. Eastwood, M. P.; Hardin, C.; Luthey-Schulten, Z.; Wolynes, P. G. J. Chem. Phys. 2002, 117, 4602.
66. Kumar, S.; Bouzida, D.; Swendsen, R. H.; Kollman, P. A.; Rosenberg, J. M. J. Comput. Chem. 1992, 13, 1011.
67. Scalley, M. J.; Yi, Q.; Gu, H.; McCormack, A., III; Yates, J. R.; Baker, D. Biochemistry 1997, 36, 3373.
68. Skilling, J., Ed. In Maximum Entropy and Bayesian Methods: Kluwer Academic: Dordrecht, Holland, 1989.
69. Murtagh, F. Multidimensional clustering algorithms: Physica-Verlag: Vienna, Austria, 1985.
70. Murtagh, F.; Heck, A. Multivariate data analysis; Kluwer Academic: Dordrecht, Holland, 1987.
71. Gront, D.; Hansmann, U. H. E.; Kolinski, A. J. Comput. Chem. 2005, 105, 826.
72. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren, W. F.; DiNola, A.; Haak, J. R. J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684.
73. Swope, W. C.; Andersen, H. C.; Berens, P. H.; Wilson, K. R. J. Chem. Phys. 1982, 76, 637.
74. Koradi, R.; Billeter, M.; Wüthrich, K. J. Mol. Graphics 1996, 14, 51.
75. Nguyen, H.; Jäger, M.; Moretto, A.; Gruebele, M.; Kelly, J. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 3948.
76. Lee, J.; Liwo, A.; Scheraga, H. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 2025.
77. Privalov, P. L. Adv. Protein Chem. 1967, 33, 167.
78. Skolnick, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 2265.
79. Privalov, P. L. Physical basis of the stability of the folded conformations of proteins; In Protein Folding; Creighton, T. E., Ed.; Freeman: New York, 1992.
80. Maldonado, S.; Jimenez, M. A.; Langdon, G. M.; Sancho, J. Biochemistry 1998, 37, 10589.
81. Batey, S.; Randles, L. G.; Steward, A.; Clarke, J. J. Mol. Biol. 2005, 349, 1045.
82. Zeeb, M.; Balback, J. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 13207.
83. Weisbuch, S.; Gerard, F.; Pasdeloup, M.; Cappadoro, J.; Dupont, Y.; Jamin, M. Biochemistry 2005, 44, 7013.
84. Kozłowska, U.; Wachucik, K.; Liwo, A.; Scheraga, H. A. Determination of short-range potentials for physics-based protein-structure prediction; NIC Series, NIC Workshop 2006, From Computational Physics to System Biology, John von Neumann Institute for Computing, Jülich, Germany; Hansmann, U. H. E., Meinke, J., Mohanty, S., Zimmermann, O., Eds.; 2006.
85. Jang, S.; Kim, E.; Pak, Y. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2006, 62, 663.