Free energy simulations reveal a double mutant avian H5N1 virus hemagglutinin with altered receptor binding specificity

Journal of Computational Chemistry

Volumn 30, Issue 11, 2009, Pages 1654-1663

  Das, Payel ^a   Li, Jingyuan ^b   Royyuru, Ajay K ^a   Zhou, Ruhong ^a,b  

^a IBM T J WATSON RESEARCH CENTER   (United States)

^b Och Spine at New York Presbyterian Hospitals   (United States)

Author keywords

Binding free energy; Free energy perturbation; H5N1 Avian Flu; Molecular dynamics simulations; Receptor specificity; Single mutation

Indexed keywords

FREE ENERGY; HYDROGEN BONDS; MOLECULAR DYNAMICS; VIRUSES;

AVIAN FLU; BINDING FREE ENERGY; FREE ENERGY PERTURBATION; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; RECEPTOR SPECIFICITY; SINGLE MUTATION;

BINDING ENERGY;

EID: 67650474076     PISSN: 01928651     EISSN: 1096987X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/jcc.21274     Document Type: Article

References (55)

1. Johnson, N.; Mueller, J. Bull Hist Med 2002, 76, 105.
2. Scholtissek, C.; Rohde, W.; Vonhoyningen, V.; Rott, R. Virology 1978, 87, 13.
3. Kuiken, T.; Holmes, E. C.; McCauley, J.; Rimmelzwaan, G. F.; Williams, C. S.; Grenfell, B. T. Science 2006, 312, 394.
4. Russell, R. J.; Stevens, D. J.; Haire, L. F.; Gamblin, S. J.; Skehel, J. J. Glycoconjugate J 2006, 23, 85.
5. Shinya, K.; Ebina, M.; Yamada, S.; Ono, M.; Kasai, N.; Kawaoka, Y. Nature 2006, 440, 435.
6. Skehel, J. J.; Wiley, D. C. Annu Rev Biochem 2000, 69, 531.
7. van Riel, D.; Munster, V. J.; de Wit, E.; Rimmelzwaan, G. F.; Fouchier, R. A. M.; Osterhaus, A.; Kuiken, T. Science 2006, 312, 399.
8. van Riel, D.; Munster, V. J.; de Wit, E.; Rimmelzwaan, G. F.; Fouchier, R. A. M.; Osterhaus, A.; Kuiken, T. Am J Pathol 2007, 171, 1215.
9. Nicholls, J. M.; Bourne, A. J.; Chen, H.; Guan, Y.; Peiris, J. S. M. Respir Res 2007, 8, 73.
10. Parrish, C. R.; Kawaoka, Y. Annu Rev Microbiol 2005, 59, 553.
11. Suzuki, Y.; Ito, T.; Suzuki, T.; Holland, R. E.; Chambers, T. M.; Kiso, M.; Ishida, H.; Kawaoka, Y. J Virol 2000, 74, 11825.
12. Gamblin, S. J.; Haire, L. F.; Russell, R. J.; Stevens, D. J.; Xiao, B.; Ha, Y.; Vasisht, N.; Steinhauer, D. A.; Daniels, R. S.; Elliot, A.; Wiley, D. C.; Skehel, J. J. Science 2004, 303, 1838.
13. Stevens, J.; Corper, A. L.; Basler, C. F.; Taubenberger, J. K.; Palese, P.; Wilson, I. A. Science 2004, 303, 1866.
14. Nobusawa, E.; Ishihara, H.; Morishita, T.; Sato, K.; Nakajima, K. Virology 2000, 278, 587.
15. Matrosovich, M.; Tuzikov, A.; Bovin, N.; Gambaryan, A.; Klimov, A.; Castrucci, M. R.; Donatelli, I.; Kawaoka, Y. J Virol 2000, 74, 8502.
16. Glaser, L.; Stevens, J.; Zamarin, D.; Wilson, I. A.; Garcia-Sastre, A.; Tumpey, T. M.; Basier, C. F.; Taubenberger, J. K.; Palese, P. J Virol 2005, 79, 11533.
17. Yamada, S.; Suzuki Y.; Suzuki, T.; Le, M. Q.; Nidom, C. A.; Sakai-Tagawa, Y.; Muramoto, Y.; Ito, M.; Kiso, M.; Horimoto, T.; Shinya, K.; Sawada, T.; Kiso, M.; Usui, T.; Murata, T.; Lin, Y.; Hay, A.; Haire, L. F.; Stevens, D. J.; Russell, R. J.; Gamblin, S. J.; Skehel, J. J.; Kawaoka, Y. Nature 2006, 444, 378.
18. Stevens, J.; Blixt, O.; Tumpey, T. M.; Taubenberger, J. K.; Paulson, J. C.; Wilson, I. A. Science 2006, 312, 404.
19. Tumpey, T. M.; Maines, T. R.; Van Hoeven, N.; Glaser, L.; Solorzano, A.; Pappas, C.; Cox, N. J.; Swayne, D. E.; Palese, P.; Katz, J. M.; Garcia-Sastre, A. Science 2007, 315, 655.
20. Connor, R. J.; Kawaoka, Y.; Webster, R. G.; Paulson, J. C. Virology 1994, 205, 17.
21. Rogers, G. N.; Paulson, J. C.; Daniels, R. S.; Skehel, J. J.; Wilson, I. A.; Wiley, D. C. Nature 1983, 304, 76.
22. Yang, Z. Y.; Wei, C. J.; Kong, W. P.; Wu, L.; Xu, L.; Smith, D. F.; Nabel, G. J. Science 2007, 317, 825.
23. Blixt, O.; Head, S.; Mondala, T.; Scanlan, C.; Huflejt, M. E.; Alvarez, R.; Bryan, M. C.; Fazio, F.; Calarese, D.; Stevens, J.; Razi, N.; Stevens, D. J.; Skehel, J. J.; van Die, I.; Burton, D. R.; Wilson, I. A.; Cummings, R.; Bovin, N.; Wong, C. H.; Paulson, J. C. Proc Natl Acad. Sci USA 2004, 101, 17033.
24. Stevens, J.; Blixt, O.; Glaser, L.; Taubenberger, J. K.; Palese, P.; Paulson, J. C.; Wilson, I. A. J Mol Biol 2006, 355, 1143.
25. Srinivasan, A.; Viswanathan, K.; Raman, R.; Chandrasekaran, A.; Raguram, S.; Tumpey, T. M.; Sasisekharan, V.; Sasisekharan, R. Proc Natl Acad Sci USA 2008, 105, 2800.
26. Chandrasekaran, A.; Srinivasan, A.; Raman, R.; Viswanathan, K.; Raguram, S.; Tumpey, T. M.; Sasisekharan, V.; Sasisekharan, R. Nat, Biotechnol 2008, 26, 107.
27. Blixt, O.; Collins, B. E.; van den Nieuwenhof, I. M.; Crocker, P. R.; Paulson, J. C. J Biol Chem 2003, 278, 31007.
28. Simonson, T.; Archontis, G.; Karplus, M. Acc Chem Res 2002, 35, 430.
29. Tembe, B. L.; McCammon, J. A. Comput, Chem 1984, 8, 281.
30. Jorgensen, W. L. Acc Chem Res 1989, 22, 184.
31. Warshel, A.; Sussman, F.; King, G. Biochemistry 1986, 25, 8368.
32. Kollman, P. Chem Rev 1993, 93, 2395.
33. Rami Reddy, M.; Erion, M. D.; Agarwal, A. Rev Comput, Chem 2000, 16, 217.
34. Zhou, R.; Das, P.; Royyuru, A. K. J Phys Chem B 2008, 112, 15813.
35. Wang, W.; Donini, O.; Reyes, C. M.; Kollman, P. A. Annu Rev Biophys Biomol Struct, 2001, 30, 211.
36. Pathiaseril, A.; Woods, R. J. J Am Chem Soc 2000, 122, 331.
37. Laederach, A.; Reilly, P. J. Proteins: Struct Funct Bioinfo 2005, 60, 591.
38. Tirado-Rives, J.; Jorgensen, W. L. J Med Chem 2006, 49, 5880.
39. Deng, Y.; Roux, B. J Chem Theo Comp 2006, 2, 1255.
40. Jayachandran, G.; Shirts, M. R.; Park, S.; Pande, V. S. J Chem Phys 2006, 125, 084901.
41. Almlof, M.; Aqvist, J.; Smalas, A. O.; Brandsdal, B. O. Biophys J 2006, 90, 433.
42. Ha, Y.; Stevens, D. J.; Skehel, J. J.; Wiley, D. C. Proc Natl Acad Sci USA 2001, 98, 11181.
43. Rogers, G. N.; Dsouza, B. L. Virology 1989, 173, 317.
44. Mark, A. E.; Vangunsteren, W. F. J Mol Biol 1994, 240, 167.
45. Gambaryan, A.; Tuzikov, A.; Pazynina, G.; Bovin, N.; Balish, A.; Klimov, A. Virology 2006, 344, 432.
46. Thorpe, I. F.; Brooks, C. L., III. Proc Natl Acad Sci USA 2007, 104, 8821.
47. Zhou, R.; Eleftheriou, M.; Royyuru, A. K.; Berne, B. J. Proc Natl Acad Sci USA 2007, 104, 5824.
48. Kumar, S.; Huang, C.; Zheng, G.; Bohm, E.; Bhatele, A.; Phillips, J. C.; Yu, H.; Kale, L. V. IBM J Res Dev 2008, 52, 177.
49. MacKerell, A. D.; Bashford, D.; Bellott, M.; Dunbrack, R. L.; Evanseck, J. D.; Field, M. J.; Fischer, S.; Gao, J.; Guo, H.; Ha, S.; Joseph, D.; Kuchnir, L.; Kuczera, K.; Lau, F.; Mattos, C.; Michnick, S.; Ngo, T.; Nguyen, D. T.; Prodhom, B.; Reiher, W. E.; Roux, B.; Schlenkrich, M.; Smith, J.; Stote, R.; Straub, J.; Watanabe, M.; Wiorkiewicz-Kuczera, J.; Yin, D.; Karplus, M. J Phys Chem B 1998, 102, 3586.
50. William, L. J.; Jayaraman, C.; Jeffry, D. M.; Roger, W. I.; Michael, L. K. J Chem Phys 1983, 79, 926.
51. Zwanzig, R. W. J Chem Phys 1954, 22, 1420.
52. Boresch, S.; Karplus, M. J Mol Biol 1995, 254, 801.
53. Brady, G. P.; Sharp, K. A. J Mol Biol 1995, 254, 77.
54. Bren, M.; Florian, J.; Mavri, J.; Bren, U. Theor Chem Acc 2007, 117, 535.
55. Daura, X.; Gademann, K.; Jaun, B.; Seebach, D.; van Gunsteren, W. F.; Mark, A. E. Angew Chem Int Ed 1999, 38, 236.