All-atom stability and oligomerization simulations of polyglutamine nanotubes with and without the 17-amino-acid N-terminal fragment of the huntingtin protein

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 116, Issue 40, 2012, Pages 12168-12179

  Côté, Sébastien ^a   Wei, Guanghong ^b   Mousseau, Normand ^a  

^a UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL   (Canada)

^b FUDAN UNIVERSITY   (China)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AGGREGATION RATE; AMINO ACID SEQUENCE; AMYLOID FIBRIL; ATOMISTIC MECHANISM; BUILDING BLOCKES; COARSE-GRAINED; EXPLICIT SOLVENTS; H-BONDS; HEXAMERS; HUNTINGTIN; HUNTINGTON'S DISEASE; MD SIMULATION; MISFOLDING; N-TERMINALS; NATIVE PROTEINS; NEW MECHANISMS; OCTAMERS; POLYGLUTAMINE; POLYGLUTAMINE (POLYQ); REPLICA-EXCHANGE MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; SOLVENT EXPOSURE; SPONTANEOUS FORMATION; STRUCTURAL INFORMATION; STRUCTURAL STABILITIES;

AMINO ACIDS; ATOMS; MOLECULAR DYNAMICS; NEURODEGENERATIVE DISEASES; OLIGOMERIZATION; OLIGOMERS; PROTEINS; STABILITY;

NANOTUBES;

AMINO ACID; HTT PROTEIN, HUMAN; NANOTUBE; NERVE PROTEIN; PEPTIDE; POLYGLUTAMINE;

ARTICLE; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; HUMAN; MOLECULAR DYNAMICS; PROTEIN SECONDARY STRUCTURE;

AMINO ACIDS; HUMANS; MODELS, MOLECULAR; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; NANOTUBES; NERVE TISSUE PROTEINS; PEPTIDES; PROTEIN STRUCTURE, SECONDARY;

EID: 84868142101     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp306661c     Document Type: Article

References (88)

1. Selkoe, J. D. Nature 2003, 426, 900-904.
2. Soto, C. Nat. Rev. Neurosci. 2003, 4, 49-60.
3. Ross, C. A.; Poirier, M. A. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2005, 6, 891- 898.
4. Gatchel, J. R.; Zoghbi, H. Y. Nat. Rev. Genet. 2005, 6, 743-755.
5. Orr, H. T.; Zoghbi, H. Y. Annu. Rev. Neurosci. 2007, 30, 575-621.
6. Bates, G. P. Nat. Rev. Genet. 2005, 6, 768-773.
7. Hands, S. L.; Wyttenbach, A. Acta Neuropathol. 2010, 120, 419- 437.
8. Mangiarini, L.; Sathasivam, K.; Seller, M.; Cozens, B.; Harper, A.; Hetherington, C.; Lawton, M.; Trottier, Y.; Lehrach, H.; Davies, S. W.; et al. Cell 1996, 87, 493-506.
9. Wetzel, R. J. Mol. Biol. 2012, 421, 466-490.
10. Ross, C. A.; Poirier, M. A.; Wanker, E. E.; Amzel, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 1-3.
11. Perutz, M. F. Mol. Med. 1995, 1, 718-721.
12. Perutz, M. F.; Finch, J. T.; Berriman, J.; Lesk, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 5591-5595.
13. Sikorski, P.; Atkins, E. Biomacromolecules 2005, 6, 425-432.
14. Thakur, A. K.; Wetzel, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 17014-17019.
15. Zhang, Q. C.; Yeh, T.-L.; Leyva, A.; Frank, L. G.; Miller, J.; Kim, Y. E.; Langen, R.; Finkbeiner, S.; Amzel, M. L.; Ross, C. A.; et al. J. Biol. Chem. 2011, 286, 8188-8196.
16. Sharma, D.; Shinchuk, L. M.; Inouye, H.; Wetzel, R.; Kirschner, D. A. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2005, 61, 398-411.
17. Schneider, R.; Schumacher, M. C.; Mueller, H.; Nand, D.; Klaukien, V.; Heise, H.; Riedel, D.; Wolf, G.; Behrmann, E.; Raunser, S.; et al. J. Mol. Biol. 2011, 412, 121-136.
18. Jayaraman, M.; Kodali, R.; Sahoo, B.; Thakur, A. K.; Mayasundari, A.; Mishra, R.; Peterson, C. B.; Wetzel, R. J. Mol. Biol. 2012, 415, 881-899.
19. Chen, S.; Ferrone, F. A.; Wetzel, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 11884-11889.
20. Chen, S.; Berthelier, V.; Yang, W.; Wetzel, R. J. Mol. Biol. 2001, 311, 173-182.
21. Kar, K.; Jayaraman, M.; Sahoo, B.; Kodali, R.; Wetzel, R. Nat. Struct. Mol. Biol. 2011, 18, 328-337.
22. Stork, M.; Giese, A.; Kretzschmar, H. A.; Tavan, P. Biophys. J. 2005, 88, 2442-2451.
23. Chopra, M.; Reddy, A. S.; Abbott, N. L.; de Pablo, J. J. J. Chem. Phys. 2008, 129, 135102.
24. Khare, S. D.; Ding, F.; Gwanmesia, K. N.; Dokholyan, N. V. PLoS Comput. Biol. 2005, 1, e30.
25. Marchut, A. J.; Hall, C. K. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2007, 66, 96-109.
26. Zanuy, D.; Gunasekaran, K.; Lesk, A. M.; Nussinov, R. J. Mol. Biol. 2006, 358, 330-345.
27. Esposito, L.; Paladino, A.; Pedone, C.; Vitagliano, L. Biophys. J. 2008, 94, 4031-4040.
28. Vitalis, A.; Lyle, N.; Pappu, R. V. Biophys. J. 2009, 97, 303-311.
29. Vitalis, A.; Wang, X.; Pappu, R. V. J. Mol. Biol. 2008, 384, 279- 297.
30. Klein, F. A. C.; Pastore, A.; Masino, L.; Zeder-Lutz, G.; Nierengarten, H.; Oulad-Abdelghani, M.; Altschuh, D.; Mandel, J.-L.; Trottier, Y. J. Mol. Biol. 2007, 371, 235-244.
31. Nozaki, K.; Osamu, O.; Hiroki, T.; Shoji, T. Neuroreport 2001, 12, 3357-3364.
32. Robertson, A. L.; Bate, M. A.; Buckle, A. M.; Bottomley, S. P. J. Mol. Biol. 2011, 413, 879-887.
33. Atwal, R. S.; Xia, J.; Pinchev, D.; Taylor, J.; Epand, R. M.; Truant, R. Hum. Mol. Genet. 2007, 16, 2600-2615.
34. Rockabrand, E.; Slepko, N.; Pantalone, A.; Nukala, V. N.; Kazantsev, A.; Marsh, J. L.; Sullivan, P. G.; Steffan, J. S.; Sensi, S. L.; Thompson, L. M. Hum. Mol. Genet. 2007, 16, 61-77.
35. Darnell, G.; Orgel, J. P. R. O.; Pahl, R.; Meredith, S. C. J. Mol. Biol. 2007, 374, 688-704.
36. Liebman, S. W.; Meredith, S. C. Nat. Chem. Biol. 2010, 6, 7-8.
37. Thakur, A. K.; Jayaraman, M.; Mishra, R.; Thakur, M.; Chellgren, V. M.; Byeon, I.-J. L.; Anjum, D. H.; Kodali, R.; Creamer, T. P.; Conway, J. F.; et al. Nat. Struct. Mol. Biol. 2009, 16, 380-389.
38. Tam, S.; Spiess, C.; Auyeung, W.; Joachimiak, L.; Chen, B.; Poirier, M. A.; Frydman, J. Nat. Struct. Mol. Biol. 2009, 16, 1279-1286.
39. Saunders, H. M.; Bottomley, S. P. J. Mol. Biol. 2009, 22, 447- 451.
40. Fiumara, F.; Luana, F.; Kandel, E. R.; Hendrickson, W. A. Cell 2010, 143, 1121-1135.
41. Kelley, N. W.; Huang, X.; Tam, S.; Spiess, C.; Frydman, J.; Pande, V. S. J. Mol. Biol. 2009, 388, 919-927.
42. Rossetti, G.; Cossio, P.; Laio, A.; Carloni, P. FEBS Lett. 2011, 585, 3086-3089.
43. Kim, M. W.; Chelliah, Y.; Kim, S. W.; Otwinowski, Z.; Bezprozvanny, I. Structure 2009, 17, 1205-1212.
44. Dlugosz, M.; Trylska, J. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 11597- 11608.
45. Williamson, T. E.; Vitalis, A.; Crick, S. L.; Pappu, R. V. J. Mol. Biol. 2010, 396, 1295-1309.
46. Laghaei, R.; Mousseau, N. J. Chem. Phys. 2010, 132, 165102.
47. Krivov, G. G.; Shapovalov, M. V.; Dunbrack, R. L., Jr. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2009, 77, 778-795.
48. Hess, B.; Kutzner, C.; van der Spoel, D.; Lindahl, E. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 435-447.
49. van der Spoel, D.; Lindahl, E.; Hess, B.; Groenhof, G.; Mark, A. E.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Chem. 2005, 26, 1701-1719.
50. Lindahl, E.; Hess, B.; van der Spoel, D. J. Mol. Model. 2001, 7, 306-317.
51. Berendsen, H. J. C.; van der Spoel, D.; van Drunen, R. Comput. Phys. Commun. 1995, 91, 43-56.
52. Kaminski, G. A.; Friesner, R. A.; Tirado-Rives, J.; Jorgensen, W. L. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 6474-6487.
53. Jorgensen, W. L.; Maxwell, D. S.; Tirado-Rives, J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11225-11236.
54. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926-935.
55. Hess, B.; Bekker, H.; Berendsen, H. J. C.; Fraaije, J. G. E. M. J. Comput. Chem. 1997, 18, 1463-1472.
56. Miyamoto, S.; Kollman, P. . J. Comput. Chem. 1992, 13, 952- 962.
57. Bussi, G.; Donadio, D.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 2007, 126, 014101.
58. Parrinello, M.; Rahman, A. J. Appl. Phys. 1981, 52, 7182.
59. Nose, S.; Klein, M. L. Mol. Phys. 1983, 50, 1055-1076.
60. Darden, T.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089-10092.
61. Essmann, U.; Perera, L.; Berkowitz, M. L.; Darden, T.; Lee, H.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8577-8592.
62. Oostenbrink, C.; Villa, A.; Mark, A. E.; Van Gunsteren, W. F. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1656-1676.
63. MacKerell, J. A. D.; Feig, M.; Brooks, C. L., III. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1400-1415.
64. MacKerell, A. D., Jr.; Bashford, D.; Bellott, M.; Dunbrack, R. L., Jr.; Evanseck, J. D.; Field, M. J.; Fischer, S.; Gao, J.; Guo, H.; Ha, S.; et al. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3586-3616.
65. Lindorff-Larsen, K.; Piana, S.; Palmo, K.; Maragakis, P.; Klepeis, J. L.; Dror, R. O.; Shaw, D. E. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2010, 78, 1950-1958.
66. Eisenhaber, F.; Lijnzaad, P.; Argos, P.; Sander, C.; Scharf, M. J. Comput. Chem. 1995, 16, 273-284.
67. Frishman, D.; Argos, P. Proteins: Struct., Funct., Genet. 1995, 23, 566-579.
68. Huet, A.; Derreumaux, P. Biophys. J. 2006, 91, 3829.
69. Miettinen, M. S.; Knecht, V.; Monticelli, L.; Ignatova, Z. J. Phys. Chem. B 2012, 116, 10259-10265.
70. Ogawa, H.; Nakano, M.; Watanabe, H.; Starikov, E. B.; Rothstein, S. M.; Tanaka, S. Comput. Biol. Chem. 2008, 32, 102-110.
71. Nakano, M.; Watanabe, H.; Starikov, E. B.; Rothstein, S. M.; Tanaka, S. Interdiscip. Sci.: Comput. Life Sci. 2009, 1, 21-29.
72. Tycko, R. Q. Rev. Biophys. 2006, 39, 1-55.
73. Paravastu, A. K.; Petkova, A. T.; Tycko, R. Biophys. J. 2006, 90, 4618-4629.
74. Petkova, A. T.; Leapman, R. D.; Guo, Z.; Yau, W.-M.; Mattson, M. P.; Tycko, R. Science 2005, 307, 262-265.
75. Zhang, R.; Hu, X.; Khant, H.; Ludtke, S. J.; Chiu, W.; Schmid, M. F.; Frieden, C.; Lee, J.-M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 4653-4658.
76. Miller, Y.; Ma, B.; Tsai, C.-J.; Nussinov, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 14128-14133.
77. Paravastu, A. K.; Leapman, R. D.; Yau, W.-M.; Tycko, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 18349-18354.
78. Lee, C. C.; Walters, R. H.; Murphy, R. M. Biochemistry 2007, 46, 12810-12820.
79. Vitalis, A.; Pappu, R. V. Biophys. Chem. 2011, 159, 14-23.
80. Barton, S.; Jacak, R.; Khare, S. D.; Ding, F.; Dokholyan, N. V. J. Biol. Chem. 2007, 282, 25487-25492.
81. Marchut, A. J.; Hall, C. K. Biophys. J. 2006, 90, 4574-4584.
82. Lakhani, V. V.; Ding, F.; Dokholyan, N. V. PLoS Comput. Biol. 2010, 6, e1000772.
83. Freddolino, P. L.; Liu, F.; Gruebele, M.; Schulten, K. Biophys. Lett. 2008, L75-L77.
84. Freddolino, P. L.; Park, S.; Roux, B.; Schulten, K. Biophys. J. 2009, 96, 3772-3780.
85. Mittal, J.; Best, R. B. Biophys. Lett. 2010, 99, L26-L28.
86. Piana, S.; Lindorff-Larsen, K.; Shaw, D. E. Biophys. J. 2011, 100, L47-L49.
87. Best, R. B.; Hummer, G. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 9004- 9015.
88. Lindorff-Larsen, K.; Maragakis, P.; Piana, S.; Eastwood, M. P.; Dror, R. O.; Shaw, D. E. PLoS One 2012, 7, e32131.