Molecular dynamic simulation of wild type and mutants of the polymorphic amyloid NNQNTF segments of elk prion: Structural stability and thermodynamic of association

Biopolymers

Volumn 95, Issue 9, 2011, Pages 573-590

  Berhanu, Workalemahu M ^a   Masunov, Artëm E ^a  

^a UNIVERSITY OF CENTRAL FLORIDA   (United States)

Author keywords

sheet; aggregation; amyloid fibril; amyloid polymorphism; binding free energy; cross structure; elk prion segment of NNQNTF; MM PBSA; molecular dynamic simulation; molecular dynamic simulations; oligomer; RMSD; RMSF; steric zipper

Indexed keywords

AMYLOID FIBRIL; AMYLOID POLYMORPHISM; BINDING FREE ENERGY; ELK PRION SEGMENT OF NNQNTF; MM-PBSA; MOLECULAR DYNAMIC SIMULATIONS; RMSD; RMSF; STERIC ZIPPER;

AMINO ACIDS; BINDING ENERGY; BIOCHEMISTRY; COMPUTER SIMULATION; ENTROPY; FREE ENERGY; GLYCOPROTEINS; HYDROPHOBICITY; OLIGOMERS; PEPTIDES; STABILITY;

MOLECULAR DYNAMICS;

MUTANT PROTEIN; OLIGOMER; PRION PROTEIN; PROTEIN ELK; UNCLASSIFIED DRUG;

AMINO ACID SEQUENCE; ARTICLE; ENTROPY; HYDROGEN BOND; HYDROPHOBICITY; MOLECULAR DYNAMICS; POINT MUTATION; PROTEIN AGGREGATION; PROTEIN BINDING; PROTEIN STRUCTURE; SIMULATION; THERMODYNAMICS; WILD TYPE;

AMYLOID; ANIMALS; DEER; DNA MUTATIONAL ANALYSIS; GLYCINE; HYDROGEN BONDING; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; MUTATION; PEPTIDES; POLYMORPHISM, GENETIC; PRIONS; PROTEIN STRUCTURE, SECONDARY; SOFTWARE; STATIC ELECTRICITY; THERMODYNAMICS;

EID: 79959763012     PISSN: 00063525     EISSN: 10970282     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/bip.21611     Document Type: Article

References (71)

1. Serpell, L. C.; Sunde, M.; Blake, C. C. F., Cell Mol Life Sci 1997, 53, 871-887.
2. Sawaya, M. R.; Sambashivan, S.; Nelson, R.; Ivanova, M. I.; Sievers, S. A.; Apostol, M. I.; Thompson, M. J.; Balbirnie, M.; Wiltzius, J. J. W.; McFarlane, H. T.; Madsen, A. O.; Riekel, C.; Eisenberg, D., Nature 2007, 447, 453-457.
3. Luca, S.; Yau, W. M.; Leapman, R.; Tycko, R., Biochemistry 2007, 46, 13505-13522.
4. Zheng, J.; Jang, H.; Ma, B.; Tsai, C. J.; Nussinov, R., Biophys J 2007, 93, 3046-3057.
5. Fandrich, M.; Meinhardt, J.; Grigorieff, N., Prion 2009, 3, 89-93.
6. Miller, Y.; Ma, B.; Nussinov, R., Chem Rev 110, 4820-4838.
7. Wiltzius, J. J. W.; Sievers, S. A.; Sawaya, M. R.; Cascio, D.; Popov, D.; Riekel, C.; Eisenberg, D., Protein Sci 2008, 17, 1467-1474.
8. Wiltzius, J. J. W.; Landau, M.; Nelson, R.; Sawaya, M. R.; Apostol, M. I.; Goldschmidt, L.; Soriaga, A. B.; Cascio, D.; Rajashankar, K.; Eisenberg, D., Nat Struct Mol Biol 2009, 16, 973-U998.
9. Teng, P. K.; Eisenberg, D., Protein Eng Des Sel 2009, 22, 531-536.
10. Park, J.; Kahng, B.; Hwang, W., PLoS Comput Biol 2009, 5, 17.
11. Petkova, A. T.; Leapman, R. D.; Guo, Z. H.; Yau, W. M.; Mattson, M. P.; Tycko, R., Science 2005, 307, 262-265.
12. Andersen, C. B.; Hicks, M. R.; Vetri, V.; Vandahl, B.; Rahbek-Nielsen, H.; Thogersen, H.; Thogersen, I. B.; Enghild, J. J.; Serpell, L. C.; Rischel, C.; Otzen, D. E., J Mol Biol 397, 932-946.
13. DeMarco, M. L.; Daggett, V., Proc Natl Acad Sci USA 2004, 101, 2293-2298.
14. Wu, C.; Lei, H. X.; Duan, Y., J Am Chem Soc 2005, 127, 13530-13537.
15. Gnanakaran, S.; Nussinov, R.; Garcia, A. E., J Am Chem Soc 2006, 128, 2158-2159.
16. Nguyen, H. D.; Hall, C. K., Proc Natl Acad Sci USA 2004, 101, 16180-16185.
17. Zheng, J.; Jang, H.; Nussinov, R., Biochemistry 2008, 47, 2497-2509.
18. Masman, M. F.; Eisel, U. L. M.; Csizmadia, I. G.; Penke, B.; Enriz, R. D.; Marrink, S. J.; Luiten, P. G. M., J Phys Chem B 2009, 113, 11710-11719.
19. Kent, A.; Jha, A. K.; Fitzgerald, J. E.; Freed, K. F., J Phys Chem B 2008, 112, 6175-6186.
20. Zheng, J.; Ma, B. Y.; Chang, Y.; Nussinov, R., Front Biosci 2008, 13, 3919-3930.
21. Sgourakis, N. G.; Yan, Y. L.; McCallum, S. A.; Wang, C. Y.; Garcia, A. E., J Mol Biol 2007, 368, 1448-1457.
22. Chang, L. K.; Zhao, J. H.; Liu, H. L.; Liu, K. T.; Chen, J. T.; Tsai, W. B.; Ho, Y., J Biomol Struct Dynam 2009, 26, 731-740.
23. Zhang, Z. Q.; Chen, H.; Bai, H. J.; Lai, L. H., Biophys J 2007, 93, 1484-1492.
24. Xu, W. X.; Ping, J.; Li, W. F.; Mu, Y. G., J Chem Phys 2009, 130, 8.
25. Kayed, R.; Pensalfini, A.; Margol, L.; Sokolov, Y.; Sarsoza, F.; Head, E.; Hall, J.; Glabe, C., J Biol Chem 2009, 284, 4230-4237.
26. Quist, A.; Doudevski, L.; Lin, H.; Azimova, R.; Ng, D.; Frangione, B.; Kagan, B.; Ghiso, J.; Lal, R., Proc Natl Acad Sci USA 2005, 102, 10427-10432.
27. Vitagliano, L.; Stanzione, F.; De Simone, A.; Esposito, L., Biopolymers 2009, 91, 1161-1171.
28. Kayed, R.; Head, E.; Thompson, J. L.; McIntire, T. M.; Milton, S. C.; Cotman, C. W.; Glabe, C. G., Science 2003, 300, 486-489.
29. Aguzzi, A.; Sigurdson, C.; Heikenwaelder, M., Annu Rev Pathol Mech Dis 2008, 3, 11-40.
30. Wille, H.; Bian, W.; McDonald, M.; Kendall, A.; Colby, D. W.; Bloch, L.; Ollesch, J.; Borovinskiy, A. L.; Cohen, F. E.; Prusiner, S. B.; Stubbs, G., Proc Natl Acad Sci USA 2009, 106, 16990-16995.
31. Nguyen, J. T.; Inouye, H.; Baldwin, M. A.; Fletterick, R. J.; Cohen, F. E.; Prusiner, S. B.; Kirschner, D. A., J Mol Biol 1995, 252, 412-422.
32. Tanaka, M.; Collins, S. R.; Toyama, B. H.; Weissman, J. S., Nature 2006, 442, 585-589.
33. Patino, M. M.; Liu, J. J.; Glover, J. R.; Lindquist, S., Science 1996, 273, 622-626.
34. Glover, J. R.; Kowal, A. S.; Schirmer, E. C.; Patino, M. M.; Liu, J. J.; Lindquist, S., Cell 1997, 89, 811-819.
35. King, C. Y.; Diaz-Avalos, R., Nature 2004, 428, 319-323.
36. Nelson, R.; Sawaya, M. R.; Balbirnie, M.; Madsen, A. O.; Riekel, C.; Grothe, R.; Eisenberg, D., Nature 2005, 435, 773-778.
37. Ivanova, M. I.; Sievers, S. A.; Sawaya, M. R.; Wall, J. S.; Eisenberg, D., Proc Natl Acad Sci USA 2009, 106, 18990-18995.
38. Goldschmidt, L.; Teng, P. K.; Riek, R.; Eisenberg, D., Proc Natl Acad Sci USA 2010, 107, 3487-3492.
39. Hall, D.; Edskes, H., J Mol Biol 2004, 336, 775-786.
40. Aguzzi, A.; O'Connor, T., Nat Rev Drug Discov 2010, 9, 237-248.
41. Stefani, M., Curr Prot Pept Sci 2010, 11, 343-354.
42. Wang, W.; Kollman, P. A., J Mol Biol 2000, 303, 567-582.
43. Gohlke, H.; Kiel, C.; Case, D. A., J Mol Biol 2003, 330, 891-913.
44. Zoete, V.; Meuwly, M.; Karplus, M., Prot Struct Funct Bioinform 2005, 61, 79-93.
45. Case, D. A.; Tad Tec, I.; Simmerling, C. L.; Wang, J.; Duke, R. E.; Luo, R.; Crowley, M.; Walker, R. C.; Zhang, W.; Merz, K. M.; Wang, B.; Hayik, S.; Roitberg, A.; Seabra, G.; Kolossváry, I.; Wong, K. F.; Paesani, F.; Vanicek, J.; Wu, X.; Brozell, S. R.; Steinbrecher, T.; Gohlke, H.; Yang, L.; Tan, C.; Mongan, J.; Hornak, V.; Cui, G.; Mathews, D. H.; Seetin, M. G.; Sagui, C.; Babin, V.; Kollman, P. A., University of California San Francisco: San Francisco, 2010.
46. Darden, T.; York, D.; Pedersen, L., J Chem Phys 1993, 98, 10089-10092.
47. Ryckaert, J. P.; Ciccotti, G.; Berendsen, H. J. C., J Comput Phys 1977, 23, 327-341.
48. Humphrey, W.; Dalke, A.; Schulten, K., J Mol Graph 1996, 14, 33-38.
49. Fabiola, F.; Bertram, R.; Korostelev, A.; Chapman, M. S., Protein Sci 2002, 11, 1415-1423.
50. Tatarek-Nossol, M.; Yan, L. M.; Schmauder, A.; Tenidis, K.; Westermark, G.; Kapurniotu, A., Chem Biol 2005, 12, 797-809.
51. Williams, A. D.; Portelius, E.; Kheterpal, I.; Guo, J. T.; Cook, K. D.; Xu, Y.; Wetzel, R., J Mol Biol 2004, 335, 833-842.
52. Tzotzos, S.; Doig, A. J., Protein Sci 2010, 19, 327-348.
53. Esposito, L.; Pedone, C.; Vitagliano, L., Proc Natl Acad Sci USA 2006, 103, 11533-11538.
54. Buchete, N. V.; Hummer, G., Biophys J 2007, 92, 3032-3039.
55. Huet, A.; Derreumaux, P., Biophys J 2006, 91, 3829-3840.
56. Zheng, J.; Ma, B. Y.; Tsai, C. J.; Nussinov, R., Biophys J 2006, 91, 824-833.
57. Pace, C. N., Nat Struct Mol Biol 2009, 16, 681-682.
58. Zanuy, D.; Porat, Y.; Gazit, E.; Nussinov, R., Structure 2004, 12, 439-455.
59. Ono, K.; Condron, M. M.; Teplow, D. B., Proc Natl Acad Sci USA 2009, 106, 14745-14750.
60. Horn, A. H. C.; Sticht, H., J Phys Chem B, 114, 2219-2226.
61. Kollman, P. A.; Massova, I.; Reyes, C.; Kuhn, B.; Huo, S. H.; Chong, L.; Lee, M.; Lee, T.; Duan, Y.; Wang, W.; Donini, O.; Cieplak, P.; Srinivasan, J.; Case, D. A.; Cheatham, T. E., Acc Chem Res 2000, 33, 889-897.
62. Massova, I.; Kollman, P. A., J Am Chem Soc 1999, 121, 8133-8143.
63. Campanera, J. M.; Pouplana, R., Molecules 2010, 15, 2730-2748.
64. Chong, L. T.; Duan, Y.; Wang, L.; Massova, I.; Kollman, P. A., Proc Natl Acad Sci USA 1999, 96, 14330-14335.
65. Williams, D. H.; Stephens, E.; O'Brien, D. P.; Zhou, M., Angew Chem Int Ed 2004, 43, 6596-6616.
66. Jiang, P.; Xu, W. X.; Mu, Y. G., PLoS Comput Biol 2009, 5, 13.
67. Wu, C.; Bowers, M. T.; Shea, J. E., PLoS Comput Biol 2010, 6, e1000693.
68. Berryman, J. T.; Radford, S. E.; Harris, S. A., Biophys J 2009, 97, 1-11.
69. Kieseritzky, G.; Morra, G.; Knapp, E. W., J Biol Inorg Chem 2006, 11, 26-40.
70. Zhao, W. H.; Zheng, B.; Haynie, D. T., Langmuir 2006, 22, 6668-6675.
71. Amijee, H.; Madine, J.; Middleton, D. A.; Doig, A., J Biochem Soc Trans 2009, 37, 692-696.