"Reverse-schur" approach to optimization with linear pde constraints: Application to biomolecule analysis and design

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 5, Issue 12, 2009, Pages 3260-3278

  Bardhan, Jaydeep P ^a   Altman, Michael D ^b   Tidor, B ^c,d   White, Jacob K ^c  

^a RUSH UNIVERSITY MEDICAL CENTER   (United States)

^b MERCK RESEARCH LABORATORIES   (United States)

^c USA   (United States)

^d Massachusetts Institute of Technology Cambridge   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 73949142310     PISSN: 15499618     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct9001174     Document Type: Article

References (101)

1. Lee, L.-P.; Tidor, B. J. Chem. Phys. 1997, 106, 8681-8690.
2. Kangas, E.; Tidor, B. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 880-888.
3. Lee, L.-P.; Tidor, B. Nat. Struct. Biol. 2001, 8, 73-76.
4. Green, D. F.; Tidor, B. J. Mol. Biol. 2004, 342, 435-452.
5. Chong, L. T.; Dempster, S. E.; Hendsch, Z. S.; Lee, L.-P.; Tidor, B. Protein Sci. 1998, 7, 206-210.
6. Kangas, E.; Tidor, B. J. Chem. Phys. 1998, 109, 7522-7545.
7. Kangas, E.; Tidor, B. Phys. Rev. E 1999, 59, 5958-5961.
8. Kangas, E.; Tidor, B. J. Chem. Phys. 2000, 112, 9120-9131.
9. Lee, L.-P.; Tidor, B. Protein Sci. 2001, 10, 362-377.
10. Mandal, A.; Hilvert, D. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 5598-5599.
11. Sulea, T.; Purisima, E. O. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 889-899.
12. Sulea, T.; Purisima, E. O. Biophys. J. 2003, 84, 2883-2896.
13. Sims, P. A.; Wong, C. F.; McCammon, J. A. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1416-1429.
14. Green, D. F.; Tidor, B. Proteins 2005, 60, 644-657.
15. Armstrong, K. A.; Tidor, B.; Cheng, A. C. J. Med. Chem. 2006, 49, 2470-2477.
16. Gilson, M. K. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 259-270.
17. Selzer, T.; Albeck, S.; Schreiber, G. Nat. Struct. Biol. 2000, 7, 537-541.
18. Shaul, Y.; Schreiber, G. Proteins 2005, 60, 341-352.
19. Brock, K.; Talley, K.; Coley, K.; Kundrotas, P.; Alexov, E. Biophys. J. 2007, 93, 3340-3352.
20. Haftka, R. AIAA J. 1985, 23, 1099-1103.
21. Orozco, C.; Ghattas, O. AIAA J. 1992, 30, 1877-1885.
22. Biegler, L.; Nocedal, J.; Schmid, C. SIAM J. Optim. 1995, 5, 314-347.
23. Dennis, J.; Heinkenschloss, M.; Vicente, L. SIAM J. Control Optim. 1998, 36, 1750-1794.
24. Biros, G.; Ghattas, O. SIAM J. Sci. Comput. 2005, 27, 687-713.
25. Biros, G.; Ghattas, O. SIAM J. Sci. Comput. 2005, 27, 714-739.
26. Brayton, R. K.; Hachtel, G. D.; Sangiovanni-Vincentelli, A. L. Proc. IEEE 1981, 69, 1334-1362.
27. Fisher, M.; Nocedal, J.; Tremolet, Y.; Wright, S. J. Data assimilation in weather forecasting: a case study in PDE-constrained optimization. Optimization and Engineering, 2008. DOI: 10.1007/s11081-008-9051-5. http://www.springerlink. com/content/e47441q543236t31/ (accessed August 1, 2009).
28. Surleraux, D. L.; Tahri, A.; Verschueren, W. G.; Pille, G. M.; de Kock, H. A.; Jonckers, T. H.; A. Peeters, A.; Meyer, S. D.; Azijn, H.; Pauwels, R.; de Bethune, M. P.; King, N. M.; Prabu-Jeyabalan, M.; Schiffer, C. A.; Wigerinck, P. B. J. Med. Chem. 2005, 48, 1813-1822.
29. Huff, J. R. J. Med. Chem. 1991, 34, 2305-2314.
30. Flexner, C. N. Engl. J. Med. 1998, 338, 1281-1292.
31. Anderson, M.; Beattie, J.; Breault, G.; Breed, J.; Byth, K.; Culshaw, J.; Ellston, R.; Green, S.; Minshull, C.; Norman, R.; Pauptit, R.; Stanway, J.; Thomas, A.; Jewsbury, P. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2003, 13, 3021.
32. Vandenheuvel, S.; Harlow, E. Science 1993, 262, 2050-2054.
33. Hartwell, L. H.; Kastan, M. B. Science 1994, 266, 1821-1828.
34. Honig, B.; Sharp, K.; Yang, A. S. J. Phys. Chem. 1993, 97, 1101-1109.
35. Levy, R. M.; Zhang, L. Y.; Gallicchio, E.; Felts, A. K. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9523-9530.
36. Wagoner, J. A.; Baker, N. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 8331-8336.
37. Sharp, K. A.; Honig, B. Annu. Rev. Biophys. Biophys. Chem. 1990, 19, 301-332.
38. Richards, F. M. Annu. Rev. Biophys. Bioeng. 1977, 6, 151-176.
39. Juffer, A. H.; Botta, E. F. F.; van Keulen, B. A. M.; van der Ploeg, A.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Phys. 1991, 97, 144-171.
40. Miertus, S.; Scrocco, E.; Tomasi, J. Chem. Phys. 1981, 55, 117-129.
41. Warwicker, J.; Watson, H. C. J. Mol. Biol. 1982, 157, 671-679.
42. Shaw, P. B. Phys. Rev. A 1985, 32, 2476-2487.
43. Zauhar, R. J.; Morgan, R. S. J. Mol. Biol. 1985, 186, 815-820.
44. Klapper, I.; Hagstrom, R.; Fine, R.; Sharp, K.; Honig, B. Proteins 1986, 1, 47-59.
45. Zauhar, R. J.; Morgan, R. S. J. Comput. Chem. 1988, 9, 171-187.
46. Gilson, M. K.; Honig, B. Proteins 1988, 4, 7-18.
47. Yoon, B. J.; Lenhoff, A. M. J. Comput. Chem. 1990, 11, 1080-1086.
48. Nicholls, A.; Honig, B. J. Comput. Chem. 1991, 12, 435-445.
49. Holst, M. J. Ph.D. Thesis, Univ. of Ill. at Urbana-Champaign, 1993.
50. You, T. J.; Harvey, S. C. J. Comput. Chem. 1993, 14, 484-501.
51. Cammi, R.; Tomasi, J. J. Comput. Chem. 1995, 16, 1449-1458.
52. Madura, J. D.; Briggs, J. M.; Wade, R. C.; Davis, M. E.; Luty, B. A.; Ilin, A.; Antosiewicz, J.; Gilson, M. K.; Bagheri, B.; Ridgway-Scott, L.; McCammon, J. A. Comput. Phys. Commun. 1995, 91, 57-95.
53. Purisima, E. O.; Nilar, S. H. J. Comput. Chem. 1995, 16, 681-689.
54. Bharadwaj, R.; Windemuth, A.; Sridharan, S.; Honig, B.; Nicholls, A. J. Comput. Chem. 1995, 16, 898-913.
55. Cances, E.; Mennucci, B.; Tomasi, J. J. Chem. Phys. 1997, 107, 3032-3041.
56. Liang, J.; Subramaniam, S. Biophys. J. 1997, 73, 1830-1841.
57. Holst, M.; Baker, N.; Wang, F. J. Comput. Chem. 2000, 21, 1319-1342.
58. Rocchia, W.; Alexov, E.; Honig, B. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 6507-6514.
59. Bordner, A. J.; Huber, G. A. J. Comput. Chem. 2003, 24, 353-367.
60. Boschitsch, A. H.; Fenley, M. O.; Zhou, H.-X. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 2741-54.
61. Boschitsch, A. H.; Fenley, M. O. J. Comput. Chem. 2004, 25, 935-955.
62. Zhou, H. X. Biophys. J. 1993, 65, 955-963.
63. Purisima, E. O. J. Comput. Chem. 1998, 19, 1494-1504.
64. Kuo, S. S.; Altman, M. D.; Bardhan, J. P.; Tidor, B.; White, J. K. Fast Methods for Simulation of Biomolecule Electrostatics. Proc. Int. Conf. Comput.-Aided Des. (ICCAD), San Jose, CA, ACM: New York, NY, 2002; pp 466-473.
65. Altman, M. D.; Bardhan, J. P.; Tidor, B.; White, J. K. IEEE Trans. Comput.-Aided Des. 2006, 25, 274-284.
66. Altman, M. D.; Bardhan, J. P.; White, J. K.; Tidor, B. J. Comput. Chem. 2009, 30, 132-153.
67. Chipman, D. M. J. Chem. Phys. 2004, 120, 5566-5575.
68. Altman, M. D.; Bardhan, J. P.; White, J. K.; Tidor, B. An Efficient and Accurate Surface Formulation for Biomolecule Electrostatics in Non-ionic Solution. Proc. 2005 IEEE Eng. Med. Biol. Conf. (IEEE-EMBS) 2005, Shanghai; IEEE, Piscataway, NJ, 2005; pp 7591-7595.
69. Grandison, S.; Penfold, R.; Vanden-Broeck, J.-M. J. Comput. Phys. 2007, 224, 663-680.
70. Barone, V.; Cossi, M.; Tomasi, J. J. Chem. Phys. 1997, 107, 3210-3221.
71. Mennucci, B.; Cancès, E.; Tomasi, J. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 10506-10517.
72. Levitt, D. G. Biophys. J. 1978, 22, 209-219.
73. Attard, P. J. Chem. Phys. 2003, 119, 1365-1372.
74. Boda, D.; Voliskó, M.; Eisenberg, B.; Nonner, W.; Henderson, D.; Gillespie, D. J. Chem. Phys. 2006, 125, 034901.
75. Atkinson, K. E. The Numerical Solution of Integral Equations of the Second Kind; Cambridge University Press: 1997.
76. Hsiao, G. C.; Wendland, W. L. Encyclopedia of Computational Mechanics; 2004.
77. Zauhar, R. J. J. Comput.-Aided Mol. Des. 1995, 9, 149-159.
78. Bardhan, J. P.; Altman, M. D.; White, J. K.; Tidor, B. J. Chem. Phys. 2007, 127, 014701.
79. Tausch, J.; Wang, J.; White, J. IEEE Trans. Comput.-Aided Des. 2001, 20, 1398-1405.
80. Bardhan, J. P. J. Chem. Phys. 2009, 130, 094102.
81. Nabors, K.; Korsmeyer, F. T.; Leighton, F. T.; White, J. SIAM J. Sci. Comput. 1994, 15, 713-735.
82. Lu, B. Z.; Cheng, X. L.; Huang, J.; McCammon, J. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 19314-19319.
83. Golub, G. H.; Loan, C. F. V. Matrix Computations, 3rd ed.; The Johns Hopkins University Press: Baltimore, MD, 1996.
84. Saad, Y.; Schultz, M. SIAM J. Sci. Stat. Comput. 1986, 7, 856-869.
85. Greengard, L.; Rokhlin, V. J. Comput. Phys. 1987, 73, 325-348.
86. Phillips, J. R.; White, J. K. IEEE Trans. Comput.-Aided Des. 1997, 16, 1059-1072.
87. Bertsekas, D. P. Nonlinear Programming, 2nd ed.; Athena Scientific: Nashua, NH, 1999.
88. Wright, S. J. Primal-Dual Interior Point Methods; SIAM: Philadelphia, PA, 1997.
89. Bardhan, J. P.; Lee, J. H.; Altman, M. D.; Benson, S.; Leyffer, S.; Tidor, B.; White, J. K. Biomolecule Electrostatic Optimization with an Implicit Hessian. In Tech. Proc. 2004 Nanotech. Conf. Trade Show, v. 1, Boston MA, 2004; Laudon, M., Romanowicz, B., Eds.; NSTI: Cambridge MA, 2004; pp 164-167.
90. Sanner, M.; Olson, A. J.; Spehner, J. C. Biopolymers 1996, 38, 305-320.
91. Bardhan, J. P. J. Chem. Phys. 2008, 129, 144105.
92. Bardhan, J. P.; Lee, J. H.; Kuo, S. S.; Altman, M. D.; Tidor, B.; White, J. K. Fast Methods for Biomolecule Charge Optimization. In Tech. Proc. 2003 Nanotech. Conf. Trade Show, v. 2; San Francisco, CA, 2003; Laudon, M., Romanowicz, B., Eds.; NSTI: Cambridge, MA, 2003; pp 508-511.
93. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1983, 4, 187-217.
94. Brünger, A. T.; Karplus, M. Proteins 1988, 4, 148-156.
95. MacKerell, A. D., Jr.; Bashford, D.; Bellott, M.; Dunbrack, R. L., Jr.; Evanseck, J. D.; Field, M. J.; Fischer, S.; Gao, J.; Guo, H.; Ha, S.; Joseph-McCarthy, D.; Kuchnir, L.; Kuczera, K.; Lau, F. T. K.; Mattos, C.; Michnick, S.; Ngo, T.; Nguyen, D. T.; Prodhom, B.; Reiher III, W. E.; Roux, B.; Schlenkrich, M.; Smith, J. C.; Stote, R.; Straub, J.; Watanabe, M.; Wiorkiewicz-Kuczera, J.; Yin, D.; Karplus, M. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3586-3616.
96. Sitkoff, D.; Sharp, K. A.; Honig, B. J. Phys. Chem. B 1994, 98, 1978-1988.
97. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Zakrzewski, V. G.; Montgomery, J. A., Jr.; Stratmann, R. E.; Burant, J. C.; Dapprich, S.; Millam, J. M.; Daniels, A. D.; Kudin, K. N.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Tomasi, J.; Barone, V.; Cossi, M.; Cammi, R.; Mennucci, B.; Pomelli, C.; Adamo, C.; Clifford, S.; Ochterski, J.; Petersson, G. A.; Ayala, P. Y.; Cui, Q.; Morokuma, K.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Cioslowski, J.; Ortiz, J. V.; Baboul, A. G.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komáromi, I.; Gomperts, R.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Andres, J. L.; Gonzalez, C.; Head-Gordon, M.; Replogle, E. S.; Pople, J. A. Gaussian 98; Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA, 1998.
98. Green, D. F.; Tidor, B. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 10261-10273.
99. Bayly, C. I.; Cieplak, P.; Cornell, W. D.; Kollman, P. A. J. Phys. Chem. 1993, 97, 10269-10280.
100. Altman, M. D. Unpublished results.
101. Rizzo, R. C.; Aynechi, T.; Case, D. A.; Kuntz, I. D. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 128-139.