Exploring multidimensional free energy landscapes using time-dependent biases on collective variables

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 6, Issue 1, 2010, Pages 35-47

  Hénin, J́erome ^a,d   Fiorin, Giacomo ^b   Chipot, Christophe ^c,e   Klein, Michael L ^b  

^a UNIVERSITY OF PENNSYLVANIA   (United States)

^b Temple University   (United States)

^c UNIVERSITY OF ILLINOIS AT URBANA CHAMPAIGN   (United States)

^d CNRS   (France)

^e NANCY UNIVERSITÉ   (France)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 77950102787     PISSN: 15499618     EISSN: 15499626     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct9004432     Document Type: Article

References (116)

1. Rodinger, T.; Pomès, R. Curr. Opin. Struct. Biol. 2005, 15, 164-170.
2. Free Energy Calculations. Theory and Applications in Chemistry and Biology; Chipot, C., Pohorille, A., Eds.; Springer Verlag: New York, 2006.
3. Lei, H.; Duan, Y. Curr. Opin. Struct. Biol. 2007, 17, 187191.
4. Laio, A.; Parrinello, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 12562-12565.
5. Bonomi, M.; Branduardi, D.; Bussi, G.; Camilloni, C.; Provasi, D.; Raiteri, P.; Donadio, D.; Marinelli, F.; Pietrucci, F.; Broglia, R. A.; Parrinello, M. PLUMED: a portable plugin for free-energy calculations with molecular dynamics; 2009; arXiv:0902.0874v3 [physics.comp-ph]; arXiv. org ePrint archive, http://www.arXiv.org/abs/0902.0874 (accessed Nov. 9, 2009).
6. Hénin, J.; Chipot, C. J. Chem. Phys. 2004, 121, 2904-2914.
7. Darve, E.; Pohorille, A. J. Chem. Phys. 2001, 115, 9169-9183.
8. Darve, E.; Rodríguez-Gómez, D.; Pohorille, A. J. Chem. Phys. 2008, 128, 144120.
9. Phillips, J. C.; Braun, R.; Wang, W.; Gumbart, J.; Tajkhorshid, E.; Villa, E.; Chipot, C.; Skeel, R. D.; Kalé, L.; Schulten, K. J. Comput. Chem. 2005, 26, 1781-1802.
10. Hénin, J.; Pohorille, A.; Chipot, C. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 8478-8484.
11. Xu, J.; Crowley, M. F.; Smith, J. C. Protein Sci. 2009, 18, 949-959.
12. Halling-Brown, M. D.; Moss, D. S.; Sansom, C. E.; Shepherd, A. J. Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. A 2009, 367, 2705-2716.
13. Weronski, P.; Jiang, Y.; Rasmussen, S. Biophys. J. 2007, 92, 3081-3091.
14. Gorfe, A. A.; Babakhani, A.; McCammon, J. A. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 8234-8237.
15. Gorfe, A. A.; McCammon, J. A. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 12624-12625.
16. Vaitheeswaran, S.; Thirumalai, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 17636-17641.
17. Yu, Y.; Chipot, C.; Cai, W.; Shao, X. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 6372-6378.
18. Cai, W.; Sun, T.; Liu, P.; Chipot, C.; Shao, X. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 7836-7843.
19. Rodriguez, J.; Elola, M. D. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 1423-1428.
20. Rodriguez, J.; Semino, R.; Laria, D. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 1241-1244.
21. Treptow, W.; Tarek, M. Biophys. J. 2006, 90, L64-L66.
22. Lamoureux, G.; Klein, M. L.; Berneche, S. Biophys. J. 2007, 92, L82-L84
23. Ivanov, I.; Cheng, X.; Sine, S. M.; McCammon, J. A. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8217-8224.
24. Hénin, J.; Tajkhorshid, E.; Schulten, K.; Chipot, C. Biophys. J. 2008, 94, 832-839.
25. Dehez, F.; Pebay-Peyroula, E.; Chipot, C. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 12725-12733.
26. Dehez, F.; Tarek, M.; Chipot, C. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 10633-10635.
27. Hénin, J.; Shinoda, W.; Klein, M. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 7008-7015.
28. Chipot, C.; Hénin, J. J. Chem. Phys. 2005, 123, 244906.
29. Hénin, J.; Schulten, K.; Chipot, C. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 16718-16723.
30. Lee, E. H.; Hsin, J.; Mayans, O.; Schulten, K. Biophys. J. 2007, 93, 1719-1735.
31. Blumberger, J.; Lamoureux, G.; Klein, M. L. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 1837-1850.
32. Kuang, Z.; Mahankali, U.; Beck, T. L. Proteins 2007, 68, 26-33.
33. Spiegel, K.; Magistrato, A.; Carloni, P.; Reedijk, J.; Klein, M. L. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 11873-11876.
34. Zheng, L.; Chen, M.; Yang, W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 20227-20232.
35. Zheng, L.; Chen, M.; Yang, W. J. Chem. Phys. 2009, 130, 234105.
36. IUPAC Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"); McNaught, A. D., Wilkinson, A., Eds.; Blackwell Scientific Publications: Oxford, 1997.
37. Kirkwood, J. G. J. Chem. Phys. 1935, 3, 300-313.
38. Zwanzig, R. W. J. Chem. Phys. 1954, 22, 1420-1426.
39. Ciccotti, G.; Ferrario, M.; Hynes, J. T.; Kapral, R. Chem. Phys. 1989, 129, 241-251.
40. Carter, E, A.; Ciccotti, G.; Hynes, J. T.; Kapral, R. Chem. Phys. Lett. 1989, 156, 472-477.
41. Ruiz-Montero, M. J.; Frenkel, D.; Brey, J. J. Mol. Phys. 1997, 90, 925-941.
42. den Otter, W. K.; Briels, W. J. J. Chem. Phys. 1998, 109, 4139-4146.
43. den Otter, W. K. J. Chem. Phys. 2000, 112, 7283-7292.
44. Ciccotti, G.; Kapral, R.; Vanden-Eijnden, E. ChemPhysChem 2005, 6, 1809-1814.
45. Maragliano, L.; Vanden-Eijnden, E. J. Chem. Phys. 2008, 128, 184110.
46. Grubmüller, H. Phys. Rev. E 1995, 52, 2893-2906.
47. Bhandarkar, M.; Brunner, R.; Buelens, F.; Chipot, C.; Dalke, A.; Dixit, S.; Fiorin, G.; Freddolino, P.; Grayson, P.; Gullingsrud, J.; Gursoy, A.; Hardy, D.; Harrison, C.; Hénin, J.; Humphrey, W.; Hurwitz, D.; Krawetz, N.; Kumar, S.; Nelson, M.; Phillips, J.; Shinozaki, A.; Zheng, G.; Zhu, F. NAMD user's guide, Version 2.7; Theoretical biophysics group, University of Illinois and Beckman Institute: Urbana, IL, 2009.
48. Feller, S. E.; Zhang, Y. H.; Pastor, R. W.; Brooks, B. R. J. Chem. Phys. 1995, 103, 4613-4621.
49. Darden, T. A.; York, D. M.; Pedersen, L. G. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089-10092.
50. Tuckerman, M. E.; Berne, B. J.; Martyna, G. J. J. Phys. Chem. B 1992, 97, 1990-2001.
51. MacKerell, A. D., Jr. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3586-3616.
52. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926-935.
53. Rossky, P. J.; Karplus, M. J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 1913.
54. Ramachandran, G.; Ramakrishnan, C.; Sasisekharan, V. J. Mol. Biol. 1963, 7, 95-99.
55. Ghadiri, M. R.; Granja, J. R.; Buehler, L. K. Nature 1994, 369, 301-304.
56. Hartgerink, J. D.; Granja, J. R.; Milligan, R. A.; Ghadiri, M. R. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 43-50.
57. Bong, D. T.; Clark, T. D.; Granja, J. R.; Ghadiri, M. R. Angew. Chem., Int. Ed. 2001, 40, 988-1011.
58. Roques, B. P.; Garbay-Jaureguiberry, C.; Bajusz, S.; Maigret, B. Eur. J. Biochem. 1980, 113, 105-119.
59. Li, Z.; Scheraga, H. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1987, 84, 6611-6615.
60. Perez, J. J.; Villar, H. O.; Loew, G. H. J. Comput.-Aided Mol. Des. 1992, 6, 175-190.
61. Koça, J.; Carlsen, P. H. J. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 1995, 337, 17-24.
62. Bartels, C.; Karplus, M. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 865880.
63. Carlacci, L. J. Comput.-Aided Mol. Des. 1998, 12, 195213.
64. Mitsutake, A.; Hansmann, U. H.; Okamoto, Y. J. Mol. Graphics Modell. 1998, 16, 226-38, 262-263
65. Hansmann, U. H.; Okamoto, Y.; Onuchic, J. N. Proteins 1999, 34, 472-483.
66. Shen, M.-y.; Freed, K. F. Biophys. J. 2002, 82, 1791-1808.
67. Sanbonmatsu, K. Y.; García, A. E. Proteins: Struct., Funct., Genet. 2002, 46, 225-234.
68. Evans, D. A.; Wales, D. J. J. Chem. Phys. 2003, 119, 99479955.
69. Zaman, M. H.; Shen, M. Y.; Berry, R. S.; Freed, K. F. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 1685-1691.
70. Berg, B. A.; Hsu, H.-P. Phys. Rev. E 2004, 69, 026703.
71. Zhan, L. X.; Chen, J. Z. Y.; Liu, W. K. Biophys. J. 2006, 91, 2399-2404.
72. Ramya, L.; Gautham, N. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 2180-2190.
73. Hagler, A. T.; Honig, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1978, 75, 554.
74. Brady, J.; Karplus, M. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 6103.
75. Mezei, M.; Mehrotra, P. K.; Beveridge, D. L. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 2239.
76. Ravishanker, G.; Mezei, M.; Beveridge, D. L. J. Comput. Chem. 1986, 7, 345.
77. Anderson, A.; Hermans, J. Proteins: Struct., Funct., Genet. 1988, 3, 262.
78. Tobias, D. J.; Brooks, C. L. J. Phys. Chem. 1992, 96, 3864-3870.
79. Pellegrini, M.; Grønbech-Jensen, N.; Doniach, S. J. Chem. Phys. 1996, 104, 8639.
80. Neria, E.; Fischer, S.; Karplus, M. J. Chem. Phys. 1996, 105, 1902.
81. Bartels, C.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1997, 18, 14501462.
82. Chipot, C.; Pohorille, A. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 281290.
83. Smith, P. E. J. Chem. Phys. 1999, 111, 5568-5579.
84. Apostolakis, J.; Ferrara, P.; Caflisch, A. J. Chem. Phys. 1999, 110, 2099-2108.
85. Bolhuis, P. G.; Dellago, C.; Chandler, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 5877-5882.
86. Andricioaei, I.; Dinner, A. R.; Karplus, M. J. Chem. Phys. 2003, 118, 1074-1084.
87. ChekmaRev, D.; Ishida, T.; Levy, R. M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 19487-19495.
88. Jang, H.; Woolf, T. B. J. Comput. Chem. 2006, 27, 11361141.
89. Branduardi, D.; Gervasio, F. L.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 2007, 126, 054103.
90. Neale, C.; Rodinger, T.; Pomes, R. Chem. Phys. Lett. 2008, 460, 375-381.
91. Kwac, K.; Lee, K. K.; Han, J. B.; Oh, K. I.; Cho, M. J. Chem. Phys. 2008, 128, 105106.
92. Feig, M. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 1555-1564.
93. Velez-Vega, C.; Borrero, E. E.; Escobedo, F. A. J. Chem. Phys. 2009, 130, 225101.
94. Torrie, G. M.; Valleau, J. P. J. Comput. Phys. 1977, 23, 187-199.
95. Kumar, S.; Bouzida, D.; Swendsen, R. H.; Kollman, P. A.; Rosenberg, J. M. J. Comput. Chem. 1992, 13, 1011-1021.
96. Rosso, L.; Abrams, J. B.; Tuckerman, M. E. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 4162-4167.
97. Sánchez-Quesada, J.; Isler, M. P.; Ghadiri, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 10004-10005.
98. Kim, H. S.; Hartgerink, J. D.; Ghadiri, M. R. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 4417-4424.
99. Tarek, M.; Maigret, B.; Chipot, C. Biophys. J. 2003, 85, 2287-2298.
100. Asthagiri, D.; Bashford, D. Biophys. J. 2002, 82, 11761189.
101. Hwang, H.; Schatz, G. C.; Ratner, M. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 6999-7008.
102. Hwang, H.; Schatz, G. C.; Ratner, M. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 26448-26460.
103. Mamonov, A. B.; Coalson, R. D.; Nitzan, A.; Kurnikova, M. G. Biophys. J. 2003, 84, 3646-3661.
104. Aguilella-Arzo, M.; Aguilella, V. M.; Eisenberg, R. S. Eur. Biophys. J. 2005, 34, 314-322.
105. Marcus, Y. Ion Solvation; Wiley and Sons: London, 1985.
106. Khaled, M. A.; Long, M. M.; Thompson, W. D.; Bradley, R. J.; Brown, G. B.; Urry, D. W. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1976, 76, 224-231.
107. Smith, G. D.; Griffin, J. F. Science 1978, 199, 1214-1216.
108. Sugita, Y.; Okamoto, Y. Chem. Phys. Lett. 1999, 314, 141151.
109. Humphrey, W.; Dalke, A.; Schulten, K. J. Mol. Graphics 1996, 14, 33-8, 27-28
110. Kumar, S.; Payne, P. W.; Vásquez, M. J. Comput. Chem. 1995, 17, 1269-1275.
111. Park, S.; Khalili-Araghi, F.; Tajkhorshid, E.; Schulten, K. J. Chem. Phys. 2003, 119, 3559-3566.
112. Minh, D. D. L.; McCammon, J. A. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 5892-5897.
113. Forney, M. W.; Janosi, L.; Kosztin, I. Phys. Rev. E 2008, 78, 051913.
114. Laio, A.; Rodriguez-Fortea, A.; Gervasio, F. L.; Ceccarelli, M.; Parrinello, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 6714-6721.
115. Bussi, G.; Laio, A.; Parrinello, M. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 090601.
116. Lelièvre, T.; Rousset, M.; Stoltz, G. J. Chem. Phys. 2007, 126, 134111.