Refinement of the Cornell et al. Nucleic acids force field based on reference quantum chemical calculations of glycosidic torsion profiles

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 7, Issue 9, 2011, Pages 2886-2902

  Zgarbová, Marie ^a   Otyepka, Michal ^a,b   Šponer, Jiří ^a,b   Mládek, Arnošt ^b   Banáš, Pavel ^a,b   Cheatham, Thomas E ^c   Jurečka, Petr ^a  

^a PALACKÝ UNIVERSITY   (Czech Republic)

^b INSTITUTE OF BIOPHYSICS   (Czech Republic)

^c UNIVERSITY OF UTAH   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 80052820313     PISSN: 15499618     EISSN: 15499626     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct200162x     Document Type: Article

References (93)

1. Weiner, S. J.; Kollman, P. A.; Case, D. A.; Singh, U. C.; Ghio, C.; Alagona, G.; Profeta, S.; Weiner, P. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106 (3) 765-784
2. Weiner, S. J.; Kollman, P. A.; Nguyen, D. T.; Case, D. A. J. Comput. Chem. 1986, 7 (2) 230-252
3. Mackerell, A. D. J. Comput. Chem. 2004, 25 (13) 1584-1604
4. Orozco, M.; Noy, A.; Perez, A. Curr. Opin. Struct. Biol. 2008, 18 (2) 185-193
5. Fulle, S.; Gohlke, H. J. Mol. Recognit. 2010, 23 (2) 220-231
6. MacKerell, A. D. J. Phys. Chem. B 2009, 113 (10) 3235-3244
7. Foloppe, N.; Hartmann, B.; Nilsson, L.; MacKerell, A. D. Biophys. J. 2002, 82 (3) 1554-1569
8. Cornell, W. D.; Cieplak, P.; Bayly, C. I.; Gould, I. R.; Merz, K. M.; Ferguson, D. M.; Spellmeyer, D. C.; Fox, T.; Caldwell, J. W.; Kollman, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117 (19) 5179-5197
9. Mackerell, A. D.; Wiorkiewiczkuczera, J.; Karplus, M. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117 (48) 11946-11975
10. Cheatham, T. E.; Kollman, P. A. J. Mol. Biol. 1996, 259 (3) 434-444
11. Yang, L. Q.; Pettitt, B. M. J. Phys. Chem. 1996, 100 (7) 2564-2566
12. Cheatham, T. E.; Kollman, P. A. Structure 1997, 5 (10) 1297-1311
13. Cheatham, T. E.; Crowley, M. F.; Fox, T.; Kollman, P. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94 (18) 9626-9630
14. Langley, D. R. J. Biomol. Struct. Dyn. 1998, 16 (3) 487-509
15. MacKerell, A. D. In Molecular Modeling of Nucleic Acids; Leontis, N. B.; SantaLucia, J., Eds.; American Chemical Society: Washington, DC, 1998; Vol. 682, p 304-311.
16. Foloppe, N.; MacKerell, A. D. J. Phys. Chem. B 1998, 102 (34) 6669-6678
17. Cheatham, T. E.; Cieplak, P.; Kollman, P. A. J. Biomol. Struct. Dyn. 1999, 16 (4) 845-862
18. MacKerell, A. D.; Banavali, N. K. J. Comput. Chem. 2000, 21 (2) 105-120
19. Foloppe, N.; MacKerell, A. D. J. Comput. Chem. 2000, 21 (2) 86-104
20. Wang, J. M.; Cieplak, P.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 2000, 21 (12) 1049-1074
21. Cheatham, T. E.; Young, M. A. Biopolymers 2000, 56 (4) 232-256
22. Varnai, P.; Djuranovic, D.; Lavery, R.; Hartmann, B. Nucleic Acids Res. 2002, 30 (24) 5398-5406
23. Dixit, S. B.; Beveridge, D. L.; Case, D. A.; Cheatham, T. E.; Giudice, E.; Lankas, F.; Lavery, R.; Maddocks, J. H.; Osman, R.; Sklenar, H.; Thayer, K. M.; Varnai, P. Biophys. J. 2005, 89 (6) 3721-3740
24. Perez, A.; Marchan, I.; Svozil, D.; Sponer, J.; Cheatham, T. E.; Laughton, C. A.; Orozco, M. Biophys. J. 2007, 92 (11) 3817-3829
25. Svozil, D.; Sponer, J. E.; Marchan, I.; Perez, A.; Cheatham, T. E.; Forti, F.; Luque, F. J.; Orozco, M.; Sponer, J. J. Phys. Chem. B 2008, 112 (27) 8188-8197
26. Perez, A.; Luque, F. J.; Orozco, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129 (47) 14739-14745
27. Lavery, R.; Zakrzewska, K.; Beveridge, D.; Bishop, T. C.; Case, D. A.; Cheatham, T.; Dixit, S.; Jayaram, B.; Lankas, F.; Laughton, C.; Maddocks, J. H.; Michon, A.; Osman, R.; Orozco, M.; Perez, A.; Singh, T.; Spackova, N.; Sponer, J. Nucleic Acids Res. 2010, 38 (1) 299-313
28. Lankas, F.; Spackova, N.; Moakher, M.; Enkhbayar, P.; Sponer, J. Nucleic Acids Res. 2010, 38 (10) 3414-3422
29. Fadrna, E.; Spackova, N.; Sarzynska, J.; Koca, J.; Orozco, M.; Cheatham, T. E.; Kulinski, T.; Sponer, J. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5 (9) 2514-2530
30. Reblova, K.; Lankas, F.; Razga, F.; Krasovska, M. V.; Koca, J.; Sponer, J. Biopolymers 2006, 82 (5) 504-520
31. Blount, K. F.; Breaker, R. R. Nat. Biotechnol. 2006, 24 (12) 1558-1564
32. Strobel, S. A.; Cochrane, J. C. Curr. Opin. Chem. Biol. 2007, 11 (6) 636-643
33. Montange, R. K.; Batey, R. T. Annu. Rev. Biophys. 2008, 37, 117-133
34. Steitz, T. A. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2008, 9 (3) 242-253
35. Paulsen, R. B.; Seth, P. P.; Swayze, E. E.; Griffey, R. H.; Skalicky, J. J.; Cheatham, T. E., 3rd; Davis, D. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107 (16) 7263-7268
36. Reddy, S. Y.; Leclerc, F.; Karplus, M. Biophys. J. 2003, 84 (3) 1421-1449
37. Besseova, I.; Otyepka, M.; Reblova, K.; Sponer, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11 (45) 10701-10711
38. Deng, N. J.; Cieplak, P. Biophys. J. 2010, 98 (4) 627-636
39. Ricci, C. G.; de Andrade, A. S. C.; Mottin, M.; Netz, P. A. J. Phys. Chem. B 2010, 114 (30) 9882-9893
40. Auffinger, P.; Westhof, E. Curr. Opin. Struct. Biol. 1998, 8 (2) 227-236
41. Bosch, D.; Foloppe, N.; Pastor, N.; Pardo, L.; Campillo, M. J. Mol. Struc.: THEOCHEM 2001, 537, 283-305
42. Foloppe, N.; MacKerell, A. D. J. Phys. Chem. B 1999, 103 (49) 10955-10964
43. Mlynsky, V.; Banas, P.; Hollas, D.; Reblova, K.; Walter, N. G.; Sponer, J.; Otyepka, M. J. Phys. Chem. B 2010, 114 (19) 6642-6652
44. Ode, H.; Matsuo, Y.; Neya, S.; Hoshino, T. J. Comput. Chem. 2008, 29 (15) 2531-2542
45. Yildirim, I.; Stern, H. A.; Kennedy, S. D.; Tubbs, J. D.; Turner, D. H. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6 (5) 1520-1531
46. Banáš, P.; Hollas, D.; Zgarbova, M.; Jurecka, P.; Orozco, M.; Cheatham, T.; Sponer, J.; Otyepka, M. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6 (12) 3836-3849
47. Fadrna, E.; Spackova, N.; Stefl, R.; Koca, J.; Cheatham, T. E.; Sponer, J. Biophys. J. 2004, 87 (1) 227-242
48. Reblova, K.; Fadrna, E.; Sarzynska, J.; Kulinski, T.; Kulhanek, P.; Ennifar, E.; Koca, J.; Sponer, J. Biophys. J. 2007, 93 (11) 3932-3949
49. Faustino, I.; Perez, A.; Orozco, M. Biophys. J. 2010, 99 (6) 1876-1885
50. Foloppe, N.; MacKerell, A. D. Biophys. J. 1999, 76 (6) 3206-3218
51. Jurecka, P.; Hobza, P. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125 (50) 15608-15613
52. Mladek, A.; Sponer, J. E.; Jurecka, P.; Banas, P.; Otyepka, M.; Svozil, D.; Sponer, J. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6 (12) 3817-3835
53. Halkier, A.; Helgaker, T.; Jorgensen, P.; Klopper, W.; Koch, H.; Olsen, J.; Wilson, A. K. Chem. Phys. Lett. 1998, 286 (3-4) 243-252
54. Halkier, A.; Helgaker, T.; Jorgensen, P.; Klopper, W.; Olsen, J. Chem. Phys. Lett. 1999, 302 (5-6) 437-446
55. Ahlrichs, R.; Bar, M.; Haser, M.; Horn, H.; Kolmel, C. Chem. Phys. Lett. 1989, 162 (3) 165-169
56. Weigend, F.; Häser, M. Theor. Chem. Acc. 1997, 97 (1-4) 331-340
57. Werner, H. J.; Knowles, P. J.; Lindh, R.; Manby, F. R.; Schütz, M.; Celani, P.; Korona, T.; Rauhut, G.; Amos, R. D.; Bernhardsson, A.; Berning, A.; Cooper, D. L.; Deegan, M. J. O.; Dobbyn, A. J.; Eckert, F.; Hampel, C.; Hetzer, G.; Lloyd, A. W.; McNicholas, S. J.; Meyer, W.; Mura, M. E.; Nicklass, A.; Palmieri, P.; Pitzer, R.; Schumann, U.; Stoll, H.; Stone, A. J.; Tarroni, R.; Thorsteinsson, T. Molpro Version 2006.1, a package of ab initio programs; 2006; http://www.molpro.net (accessed July 2011).
58. Krishnan, R.; Binkley, J. S.; Seeger, R.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1980, 72 (1) 650-654
59. Clark, T.; Chandrasekhar, J.; Spitznagel, G. W.; Schleyer, P. V. J. Comput. Chem. 1983, 4 (3) 294-301
60. Gill, P. M. W.; Johnson, B. G.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1992, 96 (9) 7178-7179
61. Frisch, M. J.; Pople, J. A.; Binkley, J. S. J. Chem. Phys. 1984, 80 (7) 3265-3269
62. Jurecka, P.; Cerny, J.; Hobza, P.; Salahub, D. R. J. Comput. Chem. 2007, 28 (2) 555-569
63. Schafer, A.; Huber, C.; Ahlrichs, R. J. Chem. Phys. 1994, 100 (8) 5829-5835
64. Klamt, A.; Schuurmann, G. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2 1993, 5) 799-805
65. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, J.A.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; 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.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian 03, revision D.02; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2004.
66. Case, D. A.; Cheatham, T. E.; Darden, T.; Gohlke, H.; Luo, R.; Merz, K. M.; Onufriev, A.; Simmerling, C.; Wang, B.; Woods, R. J. J. Comput. Chem. 2005, 26 (16) 1668-1688
67. Lu, Q.; Luo, R. J. Chem. Phys. 2003, 119 (21) 11035-11047
68. Luo, R.; David, L.; Gilson, M. K. J. Comput. Chem. 2002, 23 (13) 1244-1253
69. Guvench, O.; MacKerell, A. D., Jr. J. Mol. Model. 2008, 14 (8) 667-679
70. Duan, Y.; Wu, C.; Chowdhury, S.; Lee, M. C.; Xiong, G. M.; Zhang, W.; Yang, R.; Cieplak, P.; Luo, R.; Lee, T.; Caldwell, J.; Wang, J. M.; Kollman, P. J. Comput. Chem. 2003, 24 (16) 1999-2012
71. Dockbregeon, A. C.; Chevrier, B.; Podjarny, A.; Johnson, J.; Debear, J. S.; Gough, G. R.; Gilham, P. T.; Moras, D. J. Mol. Biol. 1989, 209 (3) 459-474
72. Drew, H. R.; Wing, R. M.; Takano, T.; Broka, C.; Tanaka, S.; Itakura, K.; Dickerson, R. E. Proc. Natl. Acad. Sci.: Biol. 1981, 78 (4) 2179-2183
73. Timsit, Y.; Bombard, S. RNA 2007, 13 (12) 2098-2107
74. Klosterman, P. S.; Shah, S. A.; Steitz, T. A. Biochemistry 1999, 38 (45) 14784-14792
75. Aqvist, J. J. Phys. Chem. 1990, 94 (21) 8021-8024
76. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79 (2) 926-935
77. Lu, X. J.; Olson, W. K. Nucleic Acids Res. 2003, 31 (17) 5108-5121
78. Holroyd, L. F.; van Mourik, T. Chem. Phys. Lett. 2007, 442 (1-3) 42-46
79. Valdes, H.; Klusak, V.; Pitonak, M.; Exner, O.; Stary, I.; Hobza, P.; Rulisek, L. J. Comput. Chem. 2008, 29 (6) 861-870
80. Jensen, F. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6 (1) 100-106
81. Zhao, Y.; Truhlar, D. G. Theor. Chem. Acc. 2008, 120 (1-3) 215-241
82. Zgarbova, M.; Otyepka, M.; Sponer, J.; Hobza, P.; Jurecka, P. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 10476 - 10493.
83. Neidle, S. In Nucleic Acid Structure and Recognition; Oxford University Press Inc.: Oxford, 2002.
84. Sklenovsky, P.; Florova, P.; Banas, P.; Reblova, K.; Lankas, F.; Otyepka, M.; Sponer, J. J. Chem. Theory Comput. accepted for publication.
85. Merz, K. M. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6 (4) 1018-1027
86. Simmerling, C.; Strockbine, B.; Roitberg, A. E. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124 (38) 11258-11259
87. Feig, M.; Pettitt, B. M. Biophys. J. 1998, 75 (1) 134-149
88. Altona, C.; Sundaralingam, M. J. Am. Chem. Soc. 1972, 94 (23) 8205-8212
89. Sponer, J.; Kypr, J. J. Mol. Biol. 1991, 221 (3) 761-764
90. Bhattacharyya, D.; Bansal, M. J. Biomol. Struct. Dyn. 1989, 6 (4) 635-653
91. Besseova, I.; Reblova, K.; Leontis, N. B.; Sponer, J. Nucleic Acids Res. 2010, 38 (18) 6247-6264
92. Tolbert, B. S.; Miyazaki, Y.; Barton, S.; Kinde, B.; Starck, P.; Singh, R.; Bax, A.; Case, D. A.; Summers, M. F. J. Biomol. NMR 2010, 47 (3) 205-219
93. Tjandra, N.; Bax, A. Science 1997, 278 (5344) 1697-1697