Comparing and combining implicit ligand sampling with multiple steered molecular dynamics to study ligand migration processes in heme proteins

Journal of Computational Chemistry

Volumn 32, Issue 10, 2011, Pages 2219-2231

  Forti, Flavio ^a   Boechi, Leonardo ^b   Estrin, Dario A ^b   Marti, Marcelo A ^b  

^a UNIVERSITY OF BARCELONA   (Spain)

^b UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES   (Argentina)

Author keywords

AMBER; cavities; CO; docking sites; free energy profile; ILS; implicit ligand sampling; ligand migration; MD; molecular dynamics; MSMD; multiple steered molecular dynamics; nitrophorin; NO; O2; proteins; truncated haemoglobin; tunnels; xenon sites

Indexed keywords

CAVITIES; DOCKING SITES; FREE ENERGY PROFILE; HAEMOGLOBINS; ILS; IMPLICIT LIGAND SAMPLING; MSMD; NITROPHORIN; STEERED MOLECULAR DYNAMICS;

DISSOCIATION; DYNAMICS; FREE ENERGY; LIGANDS; MOLECULAR DYNAMICS; PORPHYRINS; RATE CONSTANTS;

PROTEINS;

CARBON MONOXIDE; HEMOPROTEIN; LIGAND; NITRIC OXIDE; OXYGEN;

CHEMISTRY; KINETICS; MOLECULAR DYNAMICS; THERMODYNAMICS;

CARBON MONOXIDE; HEMEPROTEINS; KINETICS; LIGANDS; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; NITRIC OXIDE; OXYGEN; THERMODYNAMICS;

EID: 79958242994     PISSN: 01928651     EISSN: 1096987X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/jcc.21805     Document Type: Article

References (66)

1. Ghosh, A., The Smallest Biomolecules: Diatomics and Their Interactions with Heme Proteins; The Netherlands: Elsevier, 2008.
2. Vinogradov, S. N.; Moens, L., J Biol Chem 2008, 283, 8773.
3. Wittenberg, J. B.; Wittenberg, B. A., J Exp Biol 2003, 206 (Part 12), 2011.
4. Scott, E. E.; Gibson, Q. H.; Olson, J. S., J Biol Chem 2001, 276, 5177.
5. Frauenfelder, H.; McMahon, B. H.; Austin, R. H.; Chu, K.; Groves, J. T., Proc Natl Acad Sci USA 2001, 98, 2370.
6. Megson, I. L.; Miller, M. R., Handb Exp Pharmacol 2009, 191, 247-276.
7. Boon, E. M.; Marletta, M. A., Curr Opin Chem Biol 2005, 9, 441.
8. Perutz, M. F.; Paoli, M.; Lesk, A. M., Chem Biol 1999, 6, R291.
9. Ibrahim, M.; Kuchinskas, M.; Youn, H.; Kerby, R. L.; Roberts, G. P.; Poulos, T. L.; Spiro, T. G., J Inorg Biochem 2007, 101, 1776.
10. Marti, M. A.; Gonzalez Lebrero, M. C.; Roitberg, A. E.; Estrin, D. A., J Am Chem Soc 2008, 130, 1611.
11. Andersen, J. F.; Ding, X. D.; Balfour, C.; Shokhireva, T. K.; Champagne, D. E.; Walker, F. A.; Montfort, W. R., Biochemistry 2000, 39, 10118.
12. Kondrashov, D. A.; Roberts, S. A.; Weichsel, A.; Montfort, W. R., Biochemistry 2004, 43, 13637.
13. Menyhárd, D. K.; Keserü, G. M., FEBS Lett 2005, 579, 5392.
14. Gilles-Gonzalez, M. A.; Gonzalez, G., J Inorg Biochem 2005, 99, 1.
15. Wittenberg, J. B.; Bolognesi, M.; Wittenberg, B. A.; Guertin, M., J Biol Chem 2002, 277, 871.
16. Nardini, M.; Pesce, A.; Milani, M.; Bolognesi, M., Gene 2007, 398, 2.
17. Pathania, R.; Navani, N. K.; Rajamohan, G.; Dikshit, K. L., J Biol Chem 2002, 277, 15293.
18. Bidon-Chanal, A.; Marti, M. A.; Crespo, A.; Milani, M.; Orozco, M.; Bolognesi, M.; Luque, F. J.; Estrin, D. A., Proteins 2006, 64, 457.
19. Boechi, L.; Marti, M. A.; Milani, M.; Bolognesi, M.; Luque, F. J.; Estrin, D. A., Proteins 2008, 73, 372.
20. Boechi, L.; Manez, P. A.; Luque, F. J.; Marti, M. A.; Estrin, D. A., Proteins 2010, 78, 962.
21. Nadra, A. D.; Martí, M. A.; Pesce, A.; Bolognesi, M.; Estrin, D. A., Proteins: Struct Funct Bioinformatics 2007, 71, 695.
22. Brunori, M.; Vallone, B., Cell Mol Life Sci 2007, 64, 1259.
23. Lama, A.; Pawaria, S.; Bidon-Chanal, A.; Anand, A.; Gelpi, J. L.; Arya, S.; Marti, M.; Estrin, D. A.; Luque, F. J.; Dikshit, K. L., J Biol Chem 2009, 284, 14457.
24. Bidon-Chanal, A.; Marti, M. A.; Estrin, D. A.; Luque, F. J., J Am Chem Soc 2007, 129, 6782.
25. Laverman, L. E.; Ford, P. C., J Am Chem Soc 2001, 123, 11614.
26. Milani, M.; Pesce, A.; Nardini, M.; Ouellet, H.; Ouellet, Y.; Dewilde, S.; Bocedi, A.; Ascenzi, P.; Guertin, M.; Moens, L.; Friedman, J. M.; Wittenberg, J. B.; Bolognesi, M., J Inorg Biochem 2005, 99, 97.
27. Marti, M. A.; Crespo, A.; Capece, L.; Boechi, L.; Bikiel, D. E.; Scherlis, D. A.; Estrin, D. A., J Inorg Biochem 2006, 100, 761.
28. Marti, M. A.; Estrin, D. A.; Roitberg, A. E., J Phys Chem B 2009, 113, 2135.
29. Swails, J. M.; Meng, Y.; Walker, F. A.; Marti, M. A.; Estrin, D. A.; Roitberg, A. E., J Phys Chem B 2009, 113, 1192.
30. Pesce, A.; Milani, M.; Nardini, M.; Bolognesi, M., In Methods in Enzymology, The Netherlands: Elsevier; 2008, pp. 303-315.
31. De Sanctis, D.; Dewilde, S.; Pesce, A.; Moens, L.; Ascenzi, P.; Hankeln, T.; Burmester, T.; Bolognesi, M., Biochem Biophys Res Commun 2004, 316, 1217.
32. Milani, M.; Pesce, A.; Ouellet, Y.; Dewilde, S.; Friedman, J.; Ascenzi, P.; Guertin, M.; Bolognesi, M., J Biol Chem 2004, 279, 21520.
33. Simmerling, C.; Strockbine, B.; Roitberg, A. E., J Am Chem Soc 2002, 124, 11258.
34. Hassan, S. A.; Gracia, L.; Vasudevan, G.; Steinbach, P. J., Methods Mol Biol 2005, 305, 451.
35. Domene, C.; Doyle, D. A.; Venien-Bryan, C., Biophys J 2005, 89, L01.
36. Friesner, R. A.; Guallar, V., Annu Rev Phys Chem 2005, 56, 389.
37. Bossa, C.; Anselmi, M.; Roccatano, D.; Amadei, A.; Vallone, B.; Brunori, M.; Di Nola, A., Biophys J 2004, 86, 3855.
38. Ruscio, J. Z.; Kumar, D.; Shukla, M.; Prisant, M. G.; Murali, T. M.; Onufriev, A. V., Proc Natl Acad Sci USA 2008, 105, 9204.
39. Nutt, D. R.; Meuwly, M., Proc Natl Acad Sci USA 2004, 101, 5998.
40. Lutz, S.; Nienhaus, K.; Nienhaus, G. U.; Meuwly, M., J Phys Chem B 2009, 113, 15334.
41. Nishihara, Y.; Hayashi, S.; Kato, S., Chem Phys Lett 2008, 464, 220.
42. Arroyo-Mañez, P.; Bikiel, D. E.; Boechi, L.; Capece, L.; Di Lella, S.; Estrin, D. A.; Martí, M. A.; Moreno, D. M.; Nadra, A. D.; Petruk, A. A., Biochim Biophys Acta 2010.
43. Kalko, S. G.; Gelpi, J. L.; Fita, I.; Orozco, M., J Am Chem Soc 2001, 123, 9665.
44. Guallar, V.; Lu, C.; Borrelli, K.; Egawa, T.; Yeh, S. R., J Biol Chem 2009, 284, 3106.
45. Carrillo, O.; Orozco, M., Proteins: Struct Funct Genet 2008, 70, 892.
46. Baron, R.; Riley, C.; Chenprakhon, P.; Thotsaporn, K.; Winter, R. T.; Alfieri, A.; Forneris, F.; van Berkel, W. J. H.; Chaiyen, P.; Fraaije, M. W.; Mattevi, A.; McCammon, J. A., Proc Natl Acad Sci 2009, 106, 10603.
47. Orlowski, S.; Nowak, W., Biosystems 2008, 94, 263.
48. Cohen, J.; Olsen, K. W.; Schulten, K., Methods Enzymol 2008, 437, 439.
49. Golden, S. D.; Olsen, K. W., Methods Enzymol 2008, 437, 417.
50. Jarzynski, C., Phys Rev Lett 1997, 78, 2690.
51. Xiong, H.; Crespo, A.; Marti, M.; Estrin, D.; Roitberg, A. E., Theor Chem Acc 2006, 116, 338.
52. Crespo, A.; Marti, M. A.; Estrin, D. A.; Roitberg, A. E., J Am Chem Soc 2005, 127, 6940.
53. Amara, P.; Andreoletti, P.; Jouve, H. M.; Field1, M. J., Protein Sci 2001, 10, 1927.
54. Gervasio, F. L.; Laio, A.; Parrinello, M., J Am Chem Soc 2004, 127, 2600.
55. Bocahut, A.; Bernad, S.; Sebban, P.; Sacquin-Mora, S., J Phys Chem B 2009, 113, 16257.
56. Ouellet, H.; Milani, M.; LaBarre, M.; Bolognesi, M.; Couture, M.; Guertin, M., Biochemistry 2007, 46, 11440.
57. Jarzynski, C., Phys Rev E 1997, 56, 5018.
58. Hummer, G.; Szabo, A., PNAS 2001, 98, 3858.
59. Mills, M.; Andricioael, I., J Chem Phys 2008, 129, 114101.
60. Hornak, V.; Abel, R.; Okur, A.; Strockbine, B.; Roitberg, A.; Simmerling, C., Proteins: Struct Funct Genet 2006, 65, 712.
61. Pearlman, D. A.; Case, D. A.; Caldwell, J. W.; Ross, W. S.; Cheatham Iii, T. E.; DeBolt, S.; Ferguson, D.; Seibel, G.; Kollman, P., Comput Phys Commun 1995, 91, 1.
62. Milani, M.; Pesce, A.; Ouellet, Y.; Ascenzi, P.; Guertin, M.; Bolognesi, M., EMBO J 2001, 20, 3902.
63. Ouellet, H.; Ouellet, Y.; Richard, C.; Labarre, M.; Wittenberg, B.; Wittenberg, J.; Guertin, M., Proc Natl Acad Sci USA 2002, 99, 5902.
64. Dantsker, D.; Samuni, U.; Ouellet, Y.; Wittenberg, B. A.; Wittenberg, J. B.; Milani, M.; Bolognesi, M.; Guertin, M.; Friedman, J. M., J Biol Chem 2004, 279, 0021.
65. Maes, E. M.; Roberts, S. A.; Weichsel, A.; Montfort, W. R., Biochemistry 2005, 44, 12690.
66. Burendahl, S.; Danciulescu, C.; Nilsson, L., Proteins: Struct Funct Bioinformatics 2009, 77, 842.