Structures of β-amyloid peptide 1-40, 1-42, and 1-55-the 672-726 fragment of APP-in a membrane environment with implications for interactions with γ-secretase

Journal of the American Chemical Society

Volumn 131, Issue 49, 2009, Pages 17843-17852

  Miyashita, Naoyuki ^a,d   Straub, John E ^a,b   Thirumalai, D ^c  

^a Boston University   (United States)

^b MONTANA STATE UNIVERSITY   (United States)

^c UNIVERSITY OF MARYLAND   (United States)

^d RIKEN   (Japan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ALZHEIMER'S DISEASE; AMYLOID DISEASE; AMYLOID PEPTIDES; AMYLOID PRECURSOR PROTEINS; CEREBRAL AMYLOID ANGIOPATHY; CLEAVAGE MECHANISM; CONFORMATIONAL ENSEMBLE; CONFORMATIONAL TRANSITIONS; FREE ENERGY SURFACE; HELICAL DOMAINS; MEMBRANE STRUCTURES; MOLECULAR BASIS; NEURODEGENERATIVE; REPLICA-EXCHANGE MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; SECRETASES; TERTIARY STRUCTURES; TRANSMEMBRANE HELICES; TRANSMEMBRANE PROTEASE; TRANSMEMBRANE REGIONS; TRANSMEMBRANES;

AMINES; FLEXIBLE STRUCTURES; FREE ENERGY; MEMBRANES; MOLECULAR DYNAMICS; PEPTIDES; PUMPING PLANTS; TWO DIMENSIONAL;

GLYCOPROTEINS;

AMYLOID BETA PROTEIN; AMYLOID BETA PROTEIN[1-40]; AMYLOID BETA PROTEIN[1-42]; AMYLOID BETA PROTEIN[1-55]; GAMMA SECRETASE; UNCLASSIFIED DRUG;

ARTICLE; CELL MEMBRANE; MEMBRANE STRUCTURE; MOLECULAR DYNAMICS; PROTEIN CLEAVAGE; PROTEIN CONFORMATION; PROTEIN DOMAIN; PROTEIN LOCALIZATION; PROTEIN PROTEIN INTERACTION; PROTEIN STRUCTURE; SIMULATION;

AMYLOID BETA-PROTEIN; AMYLOID PRECURSOR PROTEIN SECRETASES; MEMBRANES, ARTIFICIAL; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; PEPTIDE FRAGMENTS; PROTEIN CONFORMATION;

EID: 71749085062     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja905457d     Document Type: Article

References (86)

1. Iversen, L.; Mortishire-Smith, R.; Pollack, S.; Shearman, M Biochem. J. 1995, 311, 1-16.
2. Pike, C.; Walencewicz-Wasserman, A.; Kosmoski, J.; Cribbs, D.; Glabe, C.; Cotman, C. J. Neurochem. 1995, 64, 253-265.
3. Simmons, L.; May, P.; Tomaselli, K.; Rydel, R.; Fuson, K.; Brigham, E.; Wright, S.; Lieberburg, I.; Becker, G.; Brems, D. Mol. Pharm. 1994, 45, 373-379.
4. Lynn, D. G.; Meredith, S. C. J. Struct. Biol. 2000, 130, 153-173.
5. Haass, C.; Selkoe, D. J. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2007, 8, 101-112.
6. Kang, J.; Lemaire, H.; Unterbeck, A.; Salbaum, J.; Masters, C.; Grzeschik, K.; Multhaup, G.; Beyreuther, K.; Müller-Hill, B. Nature 1987, 325, 733-736.
7. Vassar, R.; Citron, M. Neuron 2000, 27, 419-422.
8. Haass, C.; Schlossmacher, M.; Hung, A.; Vigo-Pelfrey, C.; Mellon, A.; Ostaszewski, B.; Lieberburg, I.; Koo, E.; Schenk, D.; Teplow, D. Nature 1992, 359, 322-325.
9. Seubert, P.; Vigo-Pelfrey, C.; Esch, F.; Lee, M.; Dovey, H.; Davis, D.; Sinha, S.; Schlossmacher, M.; Whaley, J.; Swindlehurst, C. Nature 1992, 359, 325-357.
10. Masters, C.; Simms, G.; Weinman, N.; Multhaup, G.; McDonald, B.; Beyreuther, K. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1985, 82, 4245-4249.
11. Iwatsubo, T.; Odaka, A.; Suzuki, N.; Mizusawa, H.; Nukina, N.; Ihara, Y. Neuron 1994, 13, 45-53.
12. Serpell, L. Biochim. Biophys. Acta 2000, 1502, 16-30.
13. Petkova, A.; Ishii, Y.; Balbach, J.; Antzutkin, O.; Leapman, R.; Delaglio, F.; Tycko, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2002, 99, 16742-16747.
14. Tycko, R. Curr. Opin. Struct. Biol. 2004, 14, 96-103.
15. Lührs, T.; Ritter, C.; Adrian, M.; Riek-Loher, D.; Bohrmann, B.; Döbeli, H.; Schubert, D.; Riek, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 17342-17347.
16. Sato, T.; Kienlen-Campard, P.; Ahmed, M.; Liu, W.; Li, H.; Elliott, J.; Aimoto, S.; Constantinescu, S.; Octave, J.; Smith, S. O. Biochemistry 2006, 45, 5503-5516.
17. Petkova, A.; Yau, W.; Tycko, R. Biochemistry 2006, 45, 498-512.
18. Lambert, M.; Barlow, A.; Chromy, B.; Edwards, C.; Freed, R.; Liosatos, M.; Morgan, T.; Rozovsky, I.; Trommer, B.; Viola, K.; Wals, P.; Zhang, C.; Finch, C.; Krafft, G.; Klein, W. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1998, 95, 6448-6453.
19. Walsh, D.; Hartley, D.; Kusumoto, Y.; Fezoui, Y.; Condron, M.; Lomakin, A.; Benedek, G.; Selkoe, D.; Teplow, D. J. Biol. Chem. 1999, 274, 25945-25952.
20. Hardy, J.; Selkoe, D. Science 2002, 297, 353-356.
21. Mastrangelo, I. A.; Ahmed, M.; Sato, T.; Liu, W.; Wang, C.; Hough, P.; Smith, S. O. J. Mol. Biol. 2006, 358, 106-119.
22. Arispe, N.; Rojas, E.; Pollard, H. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1993, 90, 567-571.
23. Arispe, N.; Pollard, H.; Rojas, E. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1993, 90, 10573-10577.
24. Kawahara, M.; Arispe, N.; Kuroda, Y.; Rojas, E. Biophys. J. 1997, 73, 67-75.
25. Jang, H.; Ma, B.; Lal, R.; Nussinov, R. Biophys. J. 2008, 95, 4631-4642.
26. Lin, H.; Bhatia, R.; Lal, R. FASEB J. 2001, 15, 2433-2444.
27. Zheng, J.; Jang, H.; Ma, B.; Nussinov, R. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 6856-6865.
28. Sticht, H.; Bayer, P.; Willbold, D.; Dames, S.; Hilbich, C.; Beyreuther, K.; Frank, R.; Rösch, P. Eur. J. Biochem. 1995, 233, 293-298.
29. Coles, M.; Bicknell, W.; Watson, A.; Fairlie, D.; Craik, D. Biochemistry 1998, 37, 11064-11077.
30. Shao, H.; Jao, S.; Ma, K.; Zagorski, M. J. Mol. Biol. 1999, 285, 755-773.
31. Crescenzi, O.; Tomaselli, S.; Guerrini, R.; Salvadori, S.; D'Ursi, A.; Temussi, P.; Picone, D. Eur. J. Biochem. 2002, 269, 5642-5648.
32. Tomaselli, S.; Esposito, V.; Vangone, P.; van Nuland, N. A. J.; Bonvin, A. M. J. J.; Guerrini, R.; Tancredi, T.; Temussi, P. A.; Picone, D. Chembiochem 2006, 7, 257-267.
33. Kirschner, D. A.; Inouye, H.; Duffy, L. K.; Sinclair, A.; Lind, M.; Selkoe, D. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1987, 84, 6953-6957.
34. Massi, F.; Peng, J. W.; Lee, J. P.; Straub, J. E. Biophys. J. 2001, 80, 31-44.
35. Massi, F.; Straub, J. E. Proteins 2001, 42, 217-229.
36. Massi, F.; Straub, J. E. Biophys. J. 2001, 81, 697-709.
37. Tarus, B.; Straub, J.; Thirumalai, D. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16159-16168.
38. Tarus, B.; Straub, J. E.; Thirumalai, D. J. Mol. Biol. 2008, 379, 815-829.
39. Borreguero, J. M.; Urbanc, B.; Lazo, N. D.; Buldyrev, S. V.; Teplow, D. B.; Stanley, H. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 6015-6020.
40. Cruz, L.; Urbanc, B.; Borreguero, J. M.; Lazo, N. D.; Teplow, D. B.; Stanley, H. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 18258-18263.
41. Baumketner, A.; Bernstein, S. L.; Wyttenbach, T.; Lazo, N. D.; Teplow, D. B.; Bowers, M. T.; Shea, J.-E. Protein Sci. 2006, 15, 1239-1247.
42. Xu, Y.; Shen, J.; Luo, X.; Zhu, W.; Chen, K.; Ma, J.; Jiang, H. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 5403-5407.
43. Jang, S.; Shin, S. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 1955-1958.
44. Wei, G.; Mousseau, N.; Derreumaux, P. Prion 2007, 1, 3-8.
45. Sgourakis, N. G.; Yan, Y.; McCallum, S. A.; Wang, C.; Garcia, A. E. J. Mol. Biol. 2007, 368, 1448-1457.
46. Itoh, S. G.; Okamoto, Y. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 2767-2770.
47. Krone, M. G.; Baumketner, A.; Bernstein, S. L.; Wyttenbach, T.; Lazo, N. D.; Teplow, D. B.; Bowers, M. T.; Shea, J.-E. J. Mol. Biol. 2008, 381, 221-228.
48. Murray, M. M.; Krone, M. G.; Bernstein, S. L.; Baumketner, A.; Condron, M. M.; Lazo, N. D.; Teplow, D. B.; Wyttenbach, T.; Shea, J.-E.; Bowers, M. T. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 6041-6046.
49. Krone, M. G.; Hua, L.; Soto, P.; Zhou, R.; Berne, B. J.; Shea, J.-E. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 11066-11072.
50. Chebaro, Y.; Dong, X.; Laghaei, R.; Derreumaux, P.; Mousseau, N. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 267-274.
51. Mukherjee, S.; Chowdhury, P.; Gai, F. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 531-535.
52. Wu, C.; Murray, M. M.; Bernstein, S. L.; Condron, M. M.; Bitan, G.; Shea, J.-E.; Bowers, M. T. J. Mol. Biol. 2009, 387, 492-501.
53. Klimov, D.; Straub, J. E.; Thirumalai, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2004, 101, 14760-14765.
54. Wei, G.; Shea, J.-E. Biophys. J. 2006, 91, 1638-1647.
55. Davis, C. H.; Berkowitz, M. L. Biophys. J. 2009, 96, 785-797.
56. Lemkul, J. A.; Bevan, D. R. Arch. Biochem. Biophys. 2008, 470, 54-63.
57. Lemkul, J. A.; Bevan, D. R. FEBS J. 2009, 276, 3060-3075.
58. Mobley, D. L.; Cox, D. L.; Singh, R. R. P.; Maddox, M. W.; Longo, M. L. Biophys. J. 2004, 86, 3585-3597.
59. Marenchino, M.; Williamson, P. T. F.; Murri, S.; Zandomeneghi, G.; Wunderli-Allenspach, H.; Meier, B. H.; Krämer, S. D. Biophys. J. 2008, 95, 1460-1473.
60. Sugita, Y.; Okamoto, Y. Chem. Phys. Lett. 1999, 314, 141-151.
61. Beel, A. J.; Mobley, C. K.; Kim, H. J.; Tian, F.; Hadziselimovic, A.; Jap, B.; Prestegard, J. H.; Sanders, C. R. Biochemistry 2008, 47, 9428-9446.
62. Funamoto, S.; Morishima-Kawashima, M.; Tanimura, Y.; Hirotani, N.; Saido, T.; Ihara, Y. Biochemistry 2004, 43, 13532-13540.
63. Roux, B.; Bernèche, S.; Im, W. Biochemistry 2000, 39, 13295-13306.
64. Murray, D.; Honig, B. Mol. Cell 2002, 9, 145-154.
65. Im, W.; Lee, M.; Brooks III, C. L. J. Comput. Chem. 2003, 24, 1691-1702.
66. Im, W.; Feig, M.; Brooks III, C. L. Biophys. J. 2003, 85, 2900-2918.
67. Mackerell, F.; Feig, M.; Brooks III, C. L. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1400-1415.
68. Im, W.; Brooks III, C. L. J. Mol. Biol. 2004, 337, 513-519.
69. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1983, 4, 187-217.
70. Feig, M.; Karanicolas, J.; Brooks III, C. L. MMTSB NIH Research Resource, The Scripps Research Institute 2001.
71. Kumar, S.; Rosenberg, J. M.; Bouzida, D.; Swendsen, R. H.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1992, 13, 1011-1021.
72. Kabsch, W.; Sander, C. Biopolymers 1983, 22, 2577-2637.
73. Kitao, A.; Hirata, F.; Go, N. Chem. Phys. 1991, 158, 447-472.
74. García, A. Phys. Rev. Lett. 1992, 68, 2696-2699.
75. Amadei, A.; Linssen, A.; Berendsen, H. Proteins 1993, 17, 412-425.
76. Kitao, A.; Go, N. Curr. Opin. Struct. Biol. 1999, 9, 164-169.
77. Zhou, R.; Berne, B.; Germain, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2001, 98, 14931-14936.
78. Kokubo, H.; Okamoto, Y. J. Phys. Soc. Jpn. 2004, 73, 2571-2585.
79. Sugita, Y.; Okamoto, Y Biophys. J. 2005, 88, 3180-3190.
80. Gallicchio, E.; Andrec, M.; Felts, A. K.; Levy, R. M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 6722-6731.
81. Sugita, Y.; Miyashita, N.; Yoda, T.; Ikeguchi, M.; Toyoshima, C. Biochemistry 2006, 45, 11752-11761.
82. Munter, L.-M.; Voigt, P.; Harmeier, A.; Kaden, D.; Gottschalk, K. E.; Weise, C.; Pipkorn, R.; Schaefer, M.; Langosch, D.; Multhaup, G. EMBO J. 2007, 26, 1702-1712.
83. Kienlen-Campard, P.; Tasiaux, B.; Hees, J. V.; Li, M.; Huysseune, S.; Sato, T.; Fei, J. Z.; Aimoto, S.; Courtoy, P. J.; Smith, S. O.; Constantinescu, S. N.; Octave, J.-N. J. Biol. Chem. 2008, 283, 7733-7744.
84. Miyashita, N.; Straub, J. E.; Thirumalai, D.; Sugita, Y. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3438-3439.
85. Humphrey, W.; Dalke, A.; Schulten, K. J. Mol. Graphics 1996, 14, 33-38.
86. Merritt, E.; Murphy, M. Acta Cryst. D, Biol. Cryst. 1994, 50, 869-873.