How does bone sialoprotein promote the nucleation of hydroxyapatite? A molecular dynamics study using model peptides of different conformations

Langmuir

Volumn 26, Issue 12, 2010, Pages 9848-9859

  Yang, Yang ^a   Cui, Qiang ^a   Sahai, Nita ^a,b  

^a UNIVERSITY OF WISCONSIN MADISON   (United States)

^b University of Wisconsin Madison   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ACID RESIDUES; AMORPHOUS CALCIUM PHOSPHATE; ATOMIC LEVELS; BONE MATRIX; BONE SIALOPROTEINS; CONFORMATIONAL EFFECT; CRYSTALLINE HYDROXYAPATITE; EQUILATERAL TRIANGLES; HELICAL CONFORMATION; HYDROXYAPATITE CRYSTALS; INORGANIC PHOSPHATES; MINERAL COMPONENT; MODEL PEPTIDES; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; NON-COLLAGENOUS PROTEINS; NUCLEATION PROCESS; PEPTIDE CONFORMATION; PEPTIDE MODELS; RANDOM-COIL STRUCTURES; TEMPLATE FORMATION;

APATITE; BONE; CALCIUM; CALCIUM PHOSPHATE; COMPUTER SIMULATION; CONFORMATIONS; CRYSTAL STRUCTURE; HYDROXYAPATITE; MOLECULAR DYNAMICS; NUCLEATION; PEPTIDES; PHOSPHORYLATION;

BIOMATERIALS;

CALCIUM; CALCIUM PHOSPHATE; HYDROXYAPATITE; PEPTIDE; SIALOGLYCOPROTEIN;

ANIMAL; ARTICLE; BONE; BONE MINERALIZATION; CHEMISTRY; CRYSTALLIZATION; HUMAN; METABOLISM; MOLECULAR DYNAMICS; PHYSIOLOGY; PROTEIN TERTIARY STRUCTURE;

ANIMALS; BONE AND BONES; CALCIFICATION, PHYSIOLOGIC; CALCIUM; CALCIUM PHOSPHATES; CRYSTALLIZATION; DURAPATITE; HUMANS; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; PEPTIDES; PROTEIN STRUCTURE, TERTIARY; SIALOGLYCOPROTEINS;

EID: 77956085282     PISSN: 07437463     EISSN: 15205827     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/la100192z     Document Type: Article

References (100)

1. Glimcher, M. J. Rev. Mineral. Geochem. 2006; 64, 223.
2. Steele, D. G.; Bramblett, C. A. The Anatomy and Biology of the Human Skeleton; Texas A&M University, College Station Press: College Station, TX, 1988.
3. Mann, S. Biomineralization Principles and Concepts in Bioinorganic Materials Chemistry; Oxford Univeristy Press: Oxford, U.K., 2001.
4. George, A.; Veis, A. Chem. Rev. 2008, 108, 4670.
5. Boskey, A. L. Connect. Tissue. Res. 2003, 44, 5.
6. Boskey, A. L. Phosphorus, Sulfur Silicon Relat. Elem. 1999, 146, 189.
7. Boskey, A. L. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1995, 760, 249.
8. Alford, A. I.; Hankenson, K. D. Bone 2006, 38, 749.
9. Boskey, A. L. In Bone Mechanics Handbook; Cowin, S. C., Ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, 2000; p 5.1-5.31.
10. Gray, J. J. Curr. Opin. Struc. Biol. 2004, 14, 110.
11. Ganss, B.; Kim, R. H.; Sodek, J. Crit. Rev. Oral. Biol. M. 1999, 10, 79.
12. Tye, C. E.; Rattray, K. R.; Warner, K. J.; Gordon, J. A. R.; Sodek, J.; Hunter, G. K.; Goldberg, H. A. J. Biol. Chem. 2003, 278, 7949.
13. Fisher, L. W.; Mcbride, O. W.; Termine, J. D.; Young, M. F. J. Biol. Chem. 1990, 265, 2347.
14. Zhu, X. L.; Ganss, B.; Goldberg, H. A.; Sodek, J. Biochem. Cell Biol. 2001, 79, 737.
15. Sorensen, E. S.; Hojrup, P.; Petersen, T. E. Protein Sci. 1995, 4, 2040.
16. Franzen, A.; Heinegard, D. Biochem. J. 1985, 232, 715.
17. Salih, E.; Zhou, H. Y.; Glimcher, M. J. J. Biol. Chem. 1996, 271, 16897.
18. Zaia, J.; Boynton, R.; Heinegard, D.; Barry, F. Biochemistry 2001, 40, 12983.
19. Salih, E. Connect. Tissue Res. 2003, 44, 223.
20. Ecarotcharrier, B.; Bouchard, F.; Delloye, C. J. Biol. Chem. 1989, 264, 20049.
21. Gorski, J. P. Calcif. Tissue Int. 1992, 50, 391.
22. Bianco, P.; Fisher, L. W.; Young, M. F.; Termine, J. D.; Robey, P. G. Calcif. Tissue Int. 1991, 49, 421.
23. Bianco, P.; Riminucci, M.; Silvestrini, G.; Bonucci, E.; Termine, J. D.; Fisher, L. W.; Robey, P. G. J. Histochem. Cytochem. 1993, 41, 193.
24. Chen, J.; Mckee, M. D.; Nanci, A.; Sodek, J. Histochem. J. 1994, 26, 67.
25. Chen, J. K.; Singh, K.; Mukherjee, B. B.; Sodek, J. Matrix 1993, 13, 113.
26. Hultenby, K.; Reinholt, F. P.; Norgard, M.; Oldberg, A.; Wendel, M.; Heinegard, D. Eur. J. Cell Biol. 1994, 63, 230.
27. Chen, J. K.; Shapiro, H. S.; Wrana, J. L.; Reimers, S.; Heersche, J. N. M.; Sodek, J. Matrix 1991, 11, 133.
28. Kasugai, S.; Nagata, T.; Sodek, J. J. Cell. Physiol. 1992, 152, 467.
29. Riminucci, M.; Bradbeer, J. N.; Corsi, A.; Gentili, C.; Descalzi, F.; Cancedda, R.; Bianco, P. J. Bone Miner. Res. 1998, 13, 1852.
30. Stubbs, J. T.; Mintz, K. P.; Eanes, E. D.; Torchia, D. A.; Fisher, L. W. J. Bone Miner. Res. 1997, 12, 1210.
31. Hunter, G. K.; Goldberg, H. A. Biochem. J. 1994, 302, 175.
32. Harris, N. L.; Rattray, K. R.; Tye, C. E.; Underhill, T. M.; Somerman, M. J.; D'Errico, J. A.; Chambers, A. F.; Hunter, G. K.; Goldberg, H. A. Bone 2000, 27, 795.
33. Hunter, G. K. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 1996, 1, 430.
34. Hunter, G. K.; Goldberg, H. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 8562.
35. Harris, N. L.; Hunter, G. K.; Somerman, M. J.; DErrico, J. A.; Goldberg, H. A. J. Dent. Res. 1997, 76, 2180.
36. Goldberg, H. A.; Hunter, G. K. J. Dent. Res. 1994, 73, 282.
37. Goldberg, H. A.; Warner, K. J.; Stillman, M. J.; Hunter, G. K. Connect. Tissue Res. 1996, 35, 385.
38. Hunter, G. K.; Hauschka, P. V.; Poole, A. R.; Rosenberg, L. C.; Goldberg, H. A. Biochem. J. 1996, 317, 59.
39. Tye, C. E.; Hunter, G. K.; Goldberg, H. A. J. Dent. Res. 2002, 81, A477.
40. Matsumoto, T.; Okazaki, M.; Inoue, M.; Sasaki, J. I.; Hamada, Y.; Takahashi, J. Dent. Mater. J. 2006, 25, 360.
41. Sahai, N. Am. J. Sci. 2005, 305, 661.
42. Shapiro, H. S.; Chen, J. K.; Wrana, J. L.; Zhang, Q.; Blum, M.; Sodek, J. Matrix 1993, 13, 431.
43. Fisher, L. W.; Torchia, D. A.; Fohr, B.; Young, M. F.; Fedarko, N. S. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2001, 280, 460.
44. Harding, J. H.; Duffy, D. M. J. Mater. Chem. 2006, 16, 1105.
45. Harding, J. H.; Duffy, D. M.; Sushko, M. L.; Rodger, P. M.; Quigley, D.; Elliott, J. A. Chem. Rev. 2008, 108, 4823.
46. Latour, R. A. Biointerphases 2008, 3, Fc2.
47. Di Tommaso, D.; de Leeuw, N. H. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 6965.
48. Di Tommaso, D.; de Leeuw, N. H. Geochim. Cosmochim. Acta 2009, 73, 5394.
49. Greathouse, J. A.; Cygan, R. T.; Bradshaw, R. W.; Majzoub, E. H.; Simmons, B. A. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 16787.
50. Cygan, R. T.; Liang, J. J.; Kalinichev, A. G. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 1255.
51. Latour, R. A. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 1999, 4, 413.
52. 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-McCarthy, D.; Kuchnir, L.; Kuczera, K.; Lau, F. T. K.; Mattos, C.; Michnick, S.; Ngo, T.; Nguyen, D. T.; Prodhom, B.; Reiher, 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.
53. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1983, 4, 187.
54. Brooks, B. R.; Brooks, C. L.; Mackerell, A. D.; Nilsson, L.; Petrella, R. J.; Roux, B.; Won, Y.; Archontis, G.; Bartels, C.; Boresch, S.; Caflisch, A.; Caves, L.; Cui, Q.; Dinner, A. R.; Feig, M.; Fischer, S.; Gao, J.; Hodoscek, M.; Im, W.; Kuczera, K.; Lazaridis, T.; Ma, J.; Ovchinnikov, V.; Paci, E.; Pastor, R. W.; Post, C. B.; Pu, J. Z.; Schaefer, M.; Tidor, B.; Venable, R. M.; Woodcock, H. L.; Wu, X.; Yang, W.; York, D. M.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 2009, 30, 1545.
55. Rohl, C. A.; Strauss, C. E. M.; Misura, K. M. S.; Baker, D. Method Enzymol. 2004, 383, 66.
56. Kim, D. E.; Chivian, D.; Baker, D. Nucleic Acids Res. 2004, 32, W526.
57. Bradley, P.; Misura, K. M. S.; Baker, D. Science 2005, 309, 1868.
58. Schueler-Furman, O.; Wang, C.; Bradley, P.; Misura, K.; Baker, D. Science 2005, 310, 638.
59. Jones, D. T. J. Mol. Biol. 1999, 292, 195.
60. He, G.; Ramachandran, A.; Dahl, T.; George, S.; Schultz, D.; Cookson, D.; Veis, A.; George, A. J. Biol. Chem. 2005, 280, 33109.
61. Lee, S. L.; Glonek, T.; Glimcher, M. J. Calcif. Tissue Int. 1983, 35, 815.
62. Glimcher, M. J. Philos. Trans. R. Soc., London B 1984, 304, 479.
63. Committee on Minerals and Toxic Substances in Diets and Water for Animals, National Research Council. Mineral Tolerance of Animals, 2nd ed.; National Academies Press: Washington, DC, 1980.
64. Betts, F.; Posner, A. S. Mater. Res. Bull. 1974, 9, 353.
65. Posner, A. S.; Betts, F. Acc. Chem. Res. 1975, 8, 273.
66. Yin, X. L.; Stott, M. J. J. Chem. Phys. 2003, 118, 3717.
67. Potoff, J. J.; Issa, Z.; Manke, C. W.; Jena, B. P. Cell Biol. Int. 2008, 32, 361.
68. Allen, T. W.; Andersen, O. S.; Roux, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 117.
69. Bastug, T.; Kuyucak, S. Chem. Phys. Lett. 2006, 424, 82.
70. Darden, T.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089.
71. Steinbach, P. J.; Brooks, B. R. J. Comput. Chem. 1994, 15, 667.
72. Nose, S. J. Chem. Phys. 1984, 81, 511.
73. Hoover, W. G. Phys. Rev. A 1985, 31, 1695.
74. Feller, S. E.; Zhang, Y. H.; Pastor, R. W.; Brooks, B. R. J. Chem. Phys. 1995, 103, 4613.
75. Andersen, H. C. J. Chem. Phys. 1980, 72, 2384.
76. Ryckaert, J. P.; Ciccotti, G.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Phys. 1977, 23, 327.
77. Ma, L.; Cui, Q. Biochemistry 2006, 45, 14466.
78. Termine, J. D.; Posner, A. S. Science 1966, 153, 1523.
79. Termine, J. D.; Posner, A. S. Nature 1966, 211, 268.
80. Brown, W. E.; Chow, L. C. Annu. Rev. Mater. Sci. 1976, 6, 213.
81. Weiner, S. Bone 2006, 39, 431.
82. Grynpas, M. D. Bone 2007, 41, 162.
83. Crane, N. J.; Popescu, V.; Morris, M. D.; Steenhuis, P.; Ignelzi, M. A. Bone 2006, 39, 434.
84. Lowenstam, H. A.; Weiner, S. Science 1985, 227, 51.
85. Mahamid, J.; Sharir, A.; Addadi, L.; Weiner, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 12748.
86. Yang, X.D.;Wang, L. J.;Qin, Y.L.; Sun, Z.;Henneman, Z. J.;Moradian-Oldak, J.; Nancollas, G. H. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 2293.
87. Gotliv, B. A.; Addadi, L.; Weiner, S. ChemBioChem 2003, 4, 522.
88. Weiss, I. M.; Tuross, N.; Addadi, L.; Weiner, S. J. Exp. Zool. 2002, 293, 478.
89. Politi, Y.; Metzler, R. A.; Abrecht, M.; Gilbert, B.; Wilt, F. H.; Sagi, I.; Addadi, L.; Weiner, S.; Gilbert, P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 17362.
90. Politi, Y.; Levi-Kalisman, Y.; Raz, S.; Wilt, F.; Addadi, L.; Weiner, S.; Sagi, I. Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 1289.
91. Politi, Y.; Arad, T.; Klein, E.; Weiner, S.; Addadi, L. Science 2004, 306, 1161.
92. Killian, C. E.; Metzler, R. A.; Gong, Y. U. T.; Olson, I. C.; Aizenberg, J.; Politi, Y.; Wilt, F. H.; Scholl, A.; Young, A.; Doran, A.; Kunz, M.; Tamura, N.; Coppersmith, S. N.; Gilbert, P. U. P. A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 18404.
93. Addadi, L.; Berman, A.; Oldak, J. M.; Weiner, S. Connect. Tissue Res. 1989, 21, 457.
94. Weiner, S.; Talmon, Y.; Traub, W. Int. J. Biol. Macromol. 1983, 5, 325.
95. Long, J. R.; Shaw, W. J.; Stayton, P. S.; Drobny, G. P. Biochemistry 2001, 40, 15451.
96. Makrodimitris, K.; Masica, D. L.; Kim, E. T.; Gray, J. J. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 13713.
97. Masica, D. L.; Gray, J. J. Biophys. J. 2009, 96, 3082.
98. Long, J. R.; Dindot, J. L.; Zebroski, H.; Kiihne, S.; Clark, R. H.; Campbell, A. A.; Stayton, P. S.; Drobny, G. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 12083.
99. Schlesinger, D. H.; Hay, D. I. J. Biol. Chem. 1977, 252, 1689.
100. Hoang, Q. Q.; Sicheri, F.; Howard, A. J.; Yang, D. S. C. Nature 2003, 425, 977.