Dimerization of the full-length alzheimer amyloid β-peptide (Aβ42) in explicit aqueous solution: A molecular dynamics study

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 116, Issue 15, 2012, Pages 4405-4416

  Zhu, Xiaoxia ^a   Bora, Ram Prasad ^a   Barman, Arghya ^a   Singh, Rajiv ^a   Prabhakar, Rajeev ^a  

^a University of Miami   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DIMERIZATION; GLYCOPROTEINS; MOLECULAR DYNAMICS; MONOMERS; OLIGOMERIZATION; PEPTIDES; STRUCTURAL PROPERTIES;

ALZHEIMER AMYLOID; AMYLOIDOGENIC PEPTIDES; CLASSICAL MOLECULAR DYNAMICS; DIFFUSION CONSTANT; FOLDED STRUCTURES; HELICAL STRUCTURES; HIGH-CONTENT; HYDROPHOBIC REGIONS; IN-LINE; MD SIMULATION; NEUROTOXIC SPECIES; SMALL MOLECULES; SYNAPTIC PLASTICITY;

DIMERS;

EID: 84860013360     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp210019h     Document Type: Article

References (116)

1. Mattson, M. P. Nature 2004, 430, 631-639
2. Hardy, J.; Selkoe, D. J. Science 2002, 297, 353-356
3. Klein, W. L.; Krafft, G. A.; Finch, C. E. Trends Neurosci. 2001, 24, 219-224
4. Selkoe, D. J. Nat. Cell Biol. 2004, 6, 1054-1061
5. Kirkitadze, M. D.; Bitan, G.; Teplow, D. B. J. Neurosci. Res. 2002, 69, 567-577
6. Klein, W. L. Neurobiol. Aging 2002, 23, 231-233
7. Hardy, J. Ann. Neurol. 2003, 54, 143-144
8. Klein, W. L.; Stine, W. B., Jr.; Teplow, D. B. Neurobiol. Aging 2004, 25, 569-580
9. Seubert, P.; Vigo-Pelfrey, C.; Esch, F.; Lee, M.; Dovey, H.; Davis, D.; Sinha, S.; Schlossmacher, M.; Whaley, J.; Swindlehurst, C. Nature 1992, 359, 325-327
10. Haass, C.; Schlossmacher, M.; Hung, A.; Vigo-Pelfrey, C.; Mellon, A.; Ostaszewski, B.; Lieberburg, I.; Koo, E.; Schenk, D.; Teplow, D. Nature 1992, 359, 322-325
11. Shoji, M.; Golde, T.; Ghiso, J.; Cheung, T.; Estus, S.; Shaffer, L.; Cai, X.; McKay, D.; Tintner, R.; Frangione, B. Science 1992, 258, 126-129
12. Dahlgren, K. N.; Manelli, A. M.; Stine, W. B.; Baker, L. K.; Krafft, G. A.; LaDu, M. J. J. Biol. Chem. 2002, 277, 32046-32053
13. Pillot, T.; Drouet, B.; Queillé, S.; Labeur, C.; Vandekerckhove, J.; Rosseneu, M.; Pinon-Raymond, M.; Chambaz, J. J. Neurochem. 1999, 73, 1626-1634
14. Suo, Z.; Humphrey, J.; Kundtz, A.; Sethi, F.; Placzek, A.; Crawford, F.; Mullan, M. Neurosci. Lett. 1998, 257, 77-80
15. Younkin, S. G. Ann. Neurol. 1995, 37, 287-288
16. Corder, E.; Saunders, A.; Strittmatter, W.; Schmechel, D.; Gaskell, P.; Small, G.; Roses, A.; Haines, J.; Pericak-Vance, M. Science 1993, 261, 921-923
17. Walsh, D. M.; Lomakin, A.; Benedek, G. B.; Condron, M. M.; Teplow, D. B. J. Biol. Chem. 1997, 272, 22364-22372
18. Rovelet-Lecrux, A.; Hannequin, D.; Raux, G.; Meur, N. L.; Laquerriere, A.; Vital, A.; Dumanchin, C.; Feuillette, S.; Brice, A.; Vercelletto, M. Nat. Genet. 2006, 38, 24-26
19. Pike, C. J.; Walencewicz, A. J.; Glabe, C. G.; Cotman, C. W. Brain Res. 1991, 563, 311-314
20. Levy, E.; Carman, M.; Fernandez-Madrid, I.; Power, M.; Lieberburg, I.; van Duinen, S.; Bots, G.; Luyendijk, W.; Frangione, B. Science 1990, 248, 1124-1126
21. Bentahir, M.; Nyabi, O.; Verhamme, J.; Tolia, A.; Horré, K.; Wiltfang, J.; Esselmann, H.; De Strooper, B. J. Neurochem. 2006, 96, 732-742
22. Hsia, A. Y.; Masliah, E.; McConlogue, L.; Yu, G.-Q.; Tatsuno, G.; Hu, K.; Kholodenko, D.; Malenka, R. C.; Nicoll, R. A.; Mucke, L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 3228-3233
23. Deshpande, A.; Mina, E.; Glabe, C.; Busciglio, J. J. Neurosci. 2006, 26, 6011-6018
24. Roher, A. E.; Chaney, M. O.; Kuo, Y.-M.; Webster, S. D.; Stine, W. B.; Haverkamp, L. J.; Woods, A. S.; Cotter, R. J.; Tuohy, J. M.; Krafft, G. A. J. Biol. Chem. 1996, 271, 20631-20635
25. Shankar, G. M.; Li, S.; Mehta, T. H.; Garcia-Munoz, A.; Shepardson, N. E.; Smith, I.; Brett, F. M.; Farrell, M. A.; Rowan, M. J.; Lemere, C. A. Nat. Med. 2008, 14, 837-842
26. Walsh, D. M.; Klyubin, I.; Fadeeva, J. V.; Cullen, W. K.; Anwyl, R.; Wolfe, M. S.; Rowan, M. J.; Selkoe, D. J. Nature 2002, 416, 535-539
27. Soreghan, B.; Kosmoski, J.; Glabe, C. J. Biol. Chem. 1994, 269, 28551-28554
28. Garzon-Rodriguez, W.; Sepulveda-Becerra, M.; Milton, S.; Glabe, C. G. J. Biol. Chem. 1997, 272, 21037-21044
29. Garzon-Rodriguez, W.; Vega, A.; Sepulveda-Becerra, M.; Milton, S.; Johnson, D. A.; Yatsimirsky, A. K.; Glabe, C. G. J. Biol. Chem. 2000, 275, 22645-22649
30. Riek, R.; Güntert, P.; Döbeli, H.; Wipf, B.; Wüthrich, K. Eur. J. Biochem. 2001, 268, 5930-5936
31. Zhang, S.; Iwata, K.; Lachenmann, M. J.; Peng, J. W.; Li, S.; Stimson, E. R.; Lu, Y. a.; Felix, A. M.; Maggio, J. E.; Lee, J. P. J. Struct. Biol. 2000, 130, 130-141
32. Hou, L.; Shao, H.; Zhang, Y.; Li, H.; Menon, N. K.; Neuhaus, E. B.; Brewer, J. M.; Byeon, I.-J. L.; Ray, D. G.; Vitek, M. P. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1992-2005
33. Wei, G.; Shea, J.-E. Biophys. J. 2006, 91, 1638-1647
34. Massi, F.; Peng, J. W.; Lee, J. P.; Straub, J. E. Biophys. J. 2001, 80, 31-44
35. Baumketner, A.; Shea, J.-E. J. Mol. Biol. 2006, 362, 567-579
36. Baumketner, A.; Shea, J.-E. J. Mol. Biol. 2007, 366, 275-285
37. Anand, P.; Nandel, F. S.; Hansmann, U. H. E. J. Chem. Phys. 2008, 129, 195102-195107
38. Hwang, W.; Zhang, S.; Kamm, R. D.; Karplus, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 12916-12921
39. Itoh, S. G.; Okamoto, Y. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 2767-2770
40. Tarus, B.; Straub, J. E.; Thirumalai, D. J. Mol. Biol. 2005, 345, 1141-1156
41. Gnanakaran, S.; Nussinov, R.; García, A. E. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 2158-2159
42. Huet, A.; Derreumaux, P. Biophys. J. 2006, 91, 3829-3840
43. Lu, Y.; Wei, G.; Derreumaux, P. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 1282-1288
44. Nguyen, P. H.; Li, M. S.; Derreumaux, P. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 9778-9788
45. Luttmann, E.; Fels, G. Chem. Phys. 2006, 323, 138-147
46. Xu, Y.; Shen, J.; Luo, X.; Zhu, W.; Chen, K.; Ma, J.; Jiang, H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 5403-5407
47. Urbanc, B.; Cruz, L.; Ding, F.; Sammond, D.; Khare, S.; Buldyrev, S. V.; Stanley, H. E.; Dokholyan, N. V. Biophys. J. 2004, 87, 2310-2321
48. Bitan, G.; Kirkitadze, M. D.; Lomakin, A.; Vollers, S. S.; Benedek, G. B.; Teplow, D. B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 330-335
49. Bitan, G.; Lomakin, A.; Teplow, D. B. J. Biol. Chem. 2001, 276, 35176-35184
50. Bitan, G.; Teplow, D. B. Acc. Chem. Res. 2004, 37, 357-364
51. Petkova, A. T.; Ishii, Y.; Balbach, J. J.; Antzutkin, O. N.; Leapman, R. D.; Delaglio, F.; Tycko, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 16742-16747
52. Petkova, A. T.; Yau, W.-M.; Tycko, R. Biochemistry 2006, 45, 498-512
53. Paravastu, A. K.; Petkova, A. T.; Tycko, R. Biophys. J. 2006, 90, 4618-4629
54. Petkova, A. T.; Leapman, R. D.; Guo, Z. H.; Yau, W. M.; Mattson, M. P.; Tycko, R. Science 2005, 307, 262-265
55. Tjernberg, L. O.; Näslund, J.; Lindqvist, F.; Johansson, J.; Karlström, A. R.; Thyberg, J.; Terenius, L.; Nordstedt, C. J. Biol. Chem. 1996, 271, 8545-8548
56. Shivaprasad, S.; Wetzel, R. Biochemistry 2004, 43, 15310-15317
57. Török, M.; Milton, S.; Kayed, R.; Wu, P.; McIntire, T.; Glabe, C. G.; Langen, R. J. Biol. Chem. 2002, 277, 40810-40815
58. Pike, C. J.; Walencewicz-Wasserman, A. J.; Kosmoski, J.; Cribbs, D. H.; Glabe, C. G.; Cotman, C. W. J. Neurochem. 1995, 64, 253-265
59. Esler, W. P.; Stimson, E. R.; Ghilardi, J. R.; Lu, Y.-A.; Felix, A. M.; Vinters, H. V.; Mantyh, P. W.; Lee, J. P.; Maggio, J. E. Biochemistry 1996, 35, 13914-13921
60. Ma, B.; Nussinov, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 14126-14131
61. Massi, F.; Klimov, D.; Thirumalai, D.; Straub, J. E. Protein Sci. 2002, 11, 1639-1647
62. Thirumalai, D.; Klimov, D. K.; Dima, R. I. Curr. Opin. Struct. Biol. 2003, 13, 146-159
63. Dima, R. I.; Thirumalai, D. Bioinformatics 2004, 20, 2345-2354
64. Lührs, T.; Ritter, C.; Adrian, M.; Riek-Loher, D.; Bohrmann, B.; Döbeli, H.; Schubert, D.; Riek, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 17342-17347
65. Sciarretta, K. L.; Gordon, D. J.; Petkova, A. T.; Tycko, R.; Meredith, S. C. Biochemistry 2005, 44, 6003-6014
66. Buchete, N.-V.; Hummer, G. Biophys. J. 2007, 92, 3032-3039
67. Altieri, A. S.; Hinton, D. P.; Byrd, R. A. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 7566-7567
68. Baldwin, A. J.; Anthony-Cahill, S. J.; Knowles, T. P. J; Lippens, G.; Christodoulou, J.; Barker, P. D.; Dobson, C. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 3385-3387
69. Danielsson, J.; Jarvet, J.; Damberg, P.; Gräslund, A. Magn. Reson. Chem. 2002, 40, S89-S97
70. Danielsson, J.; Andersson, A.; Jarvet, J.; Gräslund, A. Magn. Reson. Chem. 2006, 44, S114-S121
71. Berendsen, H. J. C.; van der Spoel, D.; van Drunen, D. Comput. Phys. Commun. 1995, 91, 43-56
72. Lindahl, E.; Hess, B.; van der Spoel, D. J. Mol. Model. 2001, 7, 306-317
73. Oostenbrink, C.; Villa, A.; Mark, A. E.; van Gunsteren, W. F. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1656-1676
74. Zagrovic, B.; Gattin, Z.; Lau, J.; Huber, M.; van Gunsteren, W. Eur. Biophys. J. 2008, 37, 903-912
75. Schwab, F.; Gunsteren, W. F. v.; Zagrovic, B. Biochemistry 2008, 47, 2945-2951
76. Vögeli, B.; Segawa, T. F.; Leitz, D.; Sobol, A.; Choutko, A.; Trzesniak, D.; van Gunsteren, W.; Riek, R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 17215-17225
77. Mai, B. K.; Viet, M. H.; Li, M. S. J. Chem. Inf. Model. 2010, 50, 2236-2247
78. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren, W. F.; Hermans, J. Interation Models for Water in Relation to Protein Hydration; D. Reider Publishing Company: Dordrecht, The Netherlands, 1981.
79. Miyamoto, S.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1992, 13, 952-062
80. Hess, B.; Bekker, H.; Berendsen, H. J. C.; Fraaije, J. G. E. M. J. Comput. Chem. 1997, 18, 1463-1472
81. Darden, T. A.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089-10092
82. York, D. M.; Wlodawer, A.; Pedersen, L. G.; Darden, T. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 8715-8718
83. Krieger, E.; Vriend, G. Bioinformatics 2002, 18, 315-318
84. Kabsch, W.; Sander, C. Biopolymers 1983, 22, 2577-2637
85. Daura, X.; van Gunsteren, W. F.; Mark, A. E. Proteins: Struct., Funct., Genet. 1999, 34, 269-280
86. Triguero, L.; Singh, R.; Prabhakar, R. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 7123-7131
87. Crescenzi, O.; Tomaselli, S.; Guerrini, R.; Salvadori, S.; D'Ursi, A. M.; Temussi, P. A.; Picone, D. Eur. J. Biochem. 2002, 269, 5642-5648
88. Triguero, L.; Singh, R.; Prabhakar, R. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 2159-2167
89. Shen, L.; Ji, H.-F.; Zhang, H.-Y. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 3164-3167
90. Nordling, E.; Kallberg, Y.; Johansson, J.; Persson, B. J. Comput.-Aided Mol. Des. 2008, 22, 53-58
91. Tomaselli, S.; Esposito, V.; Vangone, P.; van Nuland, N. A. J.; Bonvin, A. M. J. J.; Guerrini, R.; Tancredi, T.; Temussi, P. A.; Picone, D. ChemBioChem 2006, 7, 257-267
92. Jorgensen, W. L.; Tirado-Rives, J. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 1657-1666
93. Kaminski, G. A.; Friesner, R. A.; Tirado-Rives, J.; Jorgensen, W. L. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 6474-6487
94. Tirado-Rives, J.; Jorgensen, W. L. Biochemistry 1991, 30, 3864-3871
95. Baker, N.; Holst, M.; Wang, F. J. Comput. Chem. 2000, 21, 1343-1352
96. Baker, N. A.; Sept, D.; Joseph, S.; Holst, M. J.; McCammon, J. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 10037-10041
97. Pérez, C.; Pastor, M.; Ortiz, A. R.; Gago, F. J. Med. Chem. 1998, 41, 836-852
98. Dolinsky, T. J.; Nielsen, J. E.; McCammon, J. A.; Baker, N. A. Nucleic Acids Res. 2004, 32, W665-W667
99. Dolinsky, T. J.; Czodrowski, P.; Li, H.; Nielsen, J. E.; Jensen, J. H.; Klebe, G.; Baker, N. A. Nucleic Acids Res. 2007, 35, W522-W525
100. Sharp, K.; Nicholls, A.; Fine, R.; Honig, B. Science 1991, 252, 106-109
101. Sitkoff, D.; Sharp, K. A.; Honig, B. J. Phys. Chem. 1994, 98, 1978-1988
102. Kirkitadze, M. D.; Condron, M. M.; Teplow, D. B. J. Mol. Biol. 2001, 312, 1103-1119
103. Hung, L. W.; Ciccotosto, G. D.; Giannakis, E.; Tew, D. J.; Perez, K.; Masters, C. L.; Cappai, R.; Wade, J. D.; Barnham, K. J. J. Neurosci. 2008, 28, 11950-11958
104. Harmeier, A.; Wozny, C.; Rost, B. R.; Munter, L.-M.; Hua, H.; Georgiev, O.; Beyermann, M.; Hildebrand, P. W.; Weise, C.; Schaffner, W. J. Neurosci. 2009, 29, 7582-7590
105. Munter, L.-M.; Voigt, P.; Harmeier, A.; Kaden, D.; Gottschalk, K. E.; Weise, C.; Pipkorn, R.; Schaefer, M.; Langosch, D.; Multhaup, G. EMBO J. 2007, 26, 1702-1712
106. 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. Nature 2007, 447, 453-457
107. Barrow, C. J.; Yasuda, A.; Kenny, P. T. M.; Zagorski, M. G. J. Mol. Biol. 1992, 225, 1075-1093
108. Hilbich, C.; Kisters-Woike, B.; Reed, J.; Masters, C. L.; Beyreuther, K. J. Mol. Biol. 1991, 218, 149-163
109. Sgourakis, N. G.; Yan, Y.; McCallum, S. A.; Wang, C.; Garcia, A. E. J. Mol. Biol. 2007, 368, 1448-1457
110. Sgourakis, N. G.; Merced-Serrano, M.; Boutsidis, C.; Drineas, P.; Du, Z.; Wang, C.; Garcia, A. E. J. Mol. Biol. 2011, 405, 570-583
111. Bora, R. P.; Prabhakar, R. J. Chem. Phys. 2009, 131, 1551031-15510311
112. Smith, P. E.; van Gunsteren, W. F. Chem. Phys. Lett. 1993, 215, 315-318
113. Yu, L.; Edalji, R.; Harlan, J. E.; Holzman, T. F.; Lopez, A. P.; Labkovsky, B.; Hillen, H.; Barghorn, S.; Ebert, U.; Richardson, P. L. Biochemistry 2009, 48, 1870-1877
114. Balbach, J. J.; Ishii, Y.; Antzutkin, O. N.; Leapman, R. D.; Rizzo, N. W.; Dyda, F.; Reed, J.; Tycko, R. Biochemistry 2000, 39, 13748-13759
115. Rojas, A. V.; Liwo, A.; Scheraga, H. A. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 12978-12983
116. Liu, G.; Prabhakar, A.; Aucoin, D.; Simon, M.; Sparks, S.; Robbins, K. J.; Sheen, A.; Petty, S. A.; Lazo, N. D. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 18223-18232