Further optimization of a hybrid united-atom and coarse-grained force field for folding simulations: Improved backbone hydration and interactions between charged side chains

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 8, Issue 11, 2012, Pages 4413-4424

  Han, Wei ^a   Schulten, Klaus ^a  

^a UNIVERSITY OF ILLINOIS AT URBANA CHAMPAIGN   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 84869023641     PISSN: 15499618     EISSN: 15499626     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct300696c     Document Type: Article

References (113)

1. Chen, J.; Brooks, C. L., III; Khandogin, J. Curr. Opin. Struct. Biol. 2008, 18, 140-148
2. van Gunsteren, W. F.; Bakowies, D.; Baron, R.; Chandrasekhar, I.; Christen, M.; Daura, X.; Gee, P.; Geerke, D. P.; Glaettli, A.; Hunenberger, P. H.; Kastenholz, M. A.; Oostenbrink, C.; Schenk, M.; Trzesniak, D.; van der Vegt, N. F. A.; Yu, H. B. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 4064-4092
3. Karplus, M.; McCammon, J. A. Nat. Struct. Biol. 2002, 9, 646-652
4. Sugita, Y.; Okamoto, Y. Chem. Phys. Lett. 1999, 314, 141-151
5. Berg, B. A.; Neuhaus, T. Phys. Rev. Lett. 1992, 68, 9-12
6. Bussi, G.; Gervasio, F. L.; Liao, A.; Parrinello, M. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 13435-13441
7. Coarse-Graining of Condensed Phase and Biomolecular Systems; Voth, G. A., Eds.; CRC Press: Boca Raton, FL, 2008; pp 1-4.
8. Clementi, C. Curr. Opin. Struct. Biol. 2008, 18, 10-15
9. Klein, M. L.; Shinoda, W. Science 2008, 321, 798-800
10. Tama, F.; Brooks, C. L., III. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2006, 35, 115-133
11. Taketomi, H.; Ueda, Y.; Go, N. Int. J. Pept. Protein Res. 1975, 7, 445-459
12. Dyson, H. J.; Wright, P. E. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2005, 6, 197-208
13. Bureau, T.; Deserno, M. J. Chem. Phys. 2009, 130, 235106
14. Das, P.; Matysiak, S.; Clementi, C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 10141-10146
15. Maupetit, J.; Tuffery, P.; Derreumaux, P. Proteins 2007, 69, 394-408
16. Takada, S.; Luthey-Schulten, Z.; Wolynes, P. G. J. Chem. Phys. 1999, 110, 11616-11629
17. Korkut, A.; Hendrickson, W. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 15667-15672
18. Mukherjee, A.; Bhimalapuram, P.; Bagchi, B. J. Chem. Phys. 2005, 123, 14901
19. Majek, P.; Elber, R. Proteins 2009, 76, 822-836
20. Buchete, N. V.; Straub, J. E.; Thirumalai, D. Curr. Opin. Struct. Biol. 2004, 14, 225-232
21. Chebaro, Y.; Dong, X.; Laghaei, R.; Derreumaux, P.; Mousseau, N. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 267-274
22. Liwo, A.; Oldziej, S.; Pincus, M. R.; Wawak, R. J.; Rackovsky, S.; Scheraga, H. A. J. Comput. Chem. 1997, 18, 849-873
23. Fujitsuka, Y.; Chikenji, G.; Takada, S. Proteins 2006, 62, 381-398
24. Ding, F.; Tsao, D.; Nie, H. F.; Dokholyan, N. V. Structure 2008, 16, 1010-1018
25. Hills, R. D., Jr.; Lu, L.; Voth, G. A. PLoS Comput. Biol. 2010, 6, e1000827
26. Ayton, G. S.; Noid, W. G.; Voth, G. A. Curr. Opin. Struct. Biol. 2007, 17, 192-198
27. Nielsen, S.; Bulo, R.; Moore, P.; Ensing, B. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 12401-12414
28. Neri, M.; Anselmi, C.; Cascella, M.; Maritan, A.; Carloni, P. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 218102
29. Shi, Q.; Izvekov, S.; Voth, G. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 15045-15048
30. Rzepiela, A. J.; Louhivuori, M.; Peter, C.; Marrink, S. J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 10437-10448
31. Marrink, S. J.; Risselada, H. J.; Yefimov, S.; Tieleman, D. P.; de Vries, A. H. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 7812-7824
32. Monticelli, L.; Kandasamy, S. K.; Periole, X.; Larson, R. G.; Tieleman, D. P.; Marrink, S. J. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 819-834
33. Kasson, M. P.; Kelley, N. W.; Singhal, N.; Vrljic, M.; Brunger, A. T.; Pande, V. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 11916-11921
34. de Vries, A. H.; Yefimov, S.; Mark, A. E.; Marrink, S. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 5392-5396
35. Han, W.; Wan, C.-K.; Jiang, F.; Wu, Y.-D. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 3373-3389
36. Han, W.; Wu, Y.-D. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 2146-2161
37. Han, W.; Wan, C.-K.; Wu, Y.-D. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 1891-1901
38. Wan, C.-K.; Han, W.; Wu, Y.-D. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 300-313
39. Jiang, F.; Han, W.; Wu, Y.-D. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 5840-5850
40. Han, W.; Wan, C.-K.; Wu., Y.-D. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 3390-3402
41. Rose, G. D.; Fleming, P. J.; Banavar, J. R.; Maritan, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 16623-16633
42. Bolen, D. W.; Rose, G. D. Annu. Rev. Biochem. 2008, 77, 339-362
43. Wolfenden, R. Biochemistry 1978, 17, 201-204
44. Avbelj, F.; Luo, P.; Baldwin, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 10786-10791
45. Avbelj, F.; Baldwin, R. Proteins 2006, 63, 283-289
46. Mezei, M.; Fleming, P. J.; Srinivasan, R.; Rose, G. D. Proteins 2004, 55, 502-507
47. Auton, M.; Bolen, D. W. Biochemistry 2004, 43, 1329-1342
48. Luo, P.; Baldwin, R. L. Biochemistry 1997, 36, 8413-8421
49. Lockhart, D. J.; Kim, P. S. Science 1992, 257, 947-951
50. Lockhart, D. J.; Kim, P. S. Science 1993, 260, 198-202
51. Blanco, F. J.; Rivas, G.; Serrano, L. Nat. Struct. Biol. 1994, 1, 584-590
52. Fesinmeyer, R. M.; Hudson, F. M.; Andersen, N. H. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 7238-7243
53. Olsen, K. A.; Fesinmeyer, R. M.; Stewart, J. M.; Andersen, N. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 15483-15487
54. Neidigh, J. W.; Fesinmeyer, R. M.; Andersen, N. H. Nat. Struct. Biol. 2002, 9, 425-430
55. Struthers, M. D.; Ottesen, J. J.; Imperiali, B. Folding Des. 1998, 3, 95-103
56. Walsh, S. T. R.; Cheng, H.; Bryson, J. W.; Roder, H.; DeGrado, W. F. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 5486-5491
57. Zagrovic, B.; Jayachandran, G.; Millett, I. S.; Doniach, S.; Pande, V. S. J. Mol. Biol. 2005, 353, 232-241
58. Garcia, A. E.; Sanbonmatsu, K. Y. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 99, 2782-2787
59. Sorin, E. J.; Pande, V. S. Biophys. J. 2005, 88, 2472-2493
60. Zagrovic, B.; Sorin, E. J.; Pande, V. S. J. Mol. Biol. 2001, 313, 151-169
61. Zhou, R. H.; Berne, B. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 12777-12782
62. Zhou, R. H. Proteins 2003, 53, 148-161
63. Chen, J.; Im, W.; Brooks, C. L., III. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3728-3736
64. Irback, A.; Mohanty, S. Biophys. J. 2005, 88, 1560-1569
65. Yoda, T.; Sugita, Y.; Okamoto, Y. Proteins 2007, 66, 846-859
66. Shao, Q.; Gao, Y. Q. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 3750-3760
67. Pitera, J. W.; Swope, W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 7587-7592
68. Geney, R.; Layten, M.; Gomperts, R.; Hornak, V.; Simmerling, C. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 115-127
69. Qiu, L.; Pabit, S. A.; Roitberg, A. E.; Hagen, S. J. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 12952-12953
70. Day, R.; Paschek, D.; Garcia, A. E. Proteins 2010, 78, 1889-1899
71. Snow, C. D.; Zagrovic, B.; Pande, V. S. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 14548-14549
72. Simmerling, C. L.; Strockbine, B.; Roitberg, A. E. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 11258-11259
73. Schug, A.; Herges, T.; Wenzel, W. Phys. Rev. Lett. 2003, 91, 158102/1-158102/4
74. Zhou, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 13280-13285
75. Snow, C. D.; Nguyen, H.; Pande, V. S.; Gruebele, M. Nature 2002, 420, 102-106
76. Rhee, Y. M.; Sorin, E. J.; Jayachandran, G.; Lindahl, E.; Pande, V. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 6456-6461
77. Jang, S.; Kim, E.; Pak, Y. J. Chem. Phys. 2008, 128, 105102
78. Ozkan, S. B.; Wu, G. A.; Chodera, J. D.; Dill, K. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 11987-11992
79. Lindorff-Larsen, K.; Piana, S.; Dror, R. O.; Shaw, D. E. Science 2011, 334, 517-520
80. Thompson, P. A.; Eaton, W. A.; Hofrichter, J. Biochemistry 1997, 36, 9200-9210
81. Walsh, S. T.; Sukharev, V. I.; Betz, S. F.; Vekshin, N. L.; DeGrado, W. F. J. Mol. Biol. 2001, 305, 361-373
82. Chakrabarti, P.; Pal, D. Prog. Biophys. Mol. Biol. 2001, 76, 1-102
83. Phillips, J. C.; Braun, R.; Wang, W.; Gumbart, J.; Tajkhorshid, E.; Villa, E.; Chipot, C.; Skeel, R. D.; Kale, L.; Schulten, K. J. Comput. Chem. 2005, 26, 1781-1802
84. Feenstra, K. A.; Hess, B.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Chem. 1999, 20, 786-798
85. Okabe, T.; Kawata, M.; Okamoto, Y.; Mikami, M. Chem. Phys. Lett. 2001, 335, 435-439
86. van Gunsteren, W. F.; Berendsen, H. J. C. J. Comput.-Aided Mol. Des. 1987, 1, 171-176
87. Berendsen, H. J. C.; van der Spoel, D.; van Drunen, R. Comput. Phys. Commun. 1995, 91, 43-56
88. Daura, X.; van Gunsteren, W.; Mark, A. E. Proteins: Struct., Funct., Genet. 1999, 34, 269-280
89. Kaminski, G. A.; Friesner, R. A.; Tirado-Rives, J.; Jorgensen, W. L. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 6474-6487
90. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926-935
91. Hu, C. Y.; Kokubo, H.; Lynch, G. C.; Bolen, D. W.; Pettitt, B. M. Protein Sci. 2010, 19, 1011-1022
92. Gu, W.; Rahi, S.; Helms, V. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 5806-5814
93. Baron, R.; de Vries, A. H.; Hunenberger, P. H.; van Gunsteren, W. F. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 8464-8473
94. MacKerell, A. D., Jr.; Bashford, D.; Bellott, M.; Dunbrack, R. L., Jr.; Evansack, J. D.; Field, M. J.; Fischer, S.; Gao, J.; Guo, H.; Ha, S.; Joseph-McCarthy, D.; Kuchnir, L.; Kuczera, K.; Lau, F. T. K.; Mattos, C.; Michnick, S.; Ngo, T.; Nguyen, D. T.; Prodhom, B.; Reiher, W. E., III; Roux, B.; Schlenkrich, M.; Smith, J. C.; Stote, R.; Straub, J.; Watanabe, M.; Wiorkiewicz-Kuczera, J.; Yin, D.; Karplus, M. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3586-3616
95. 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. A. J. Comput. Chem. 2003, 24, 1999-2012
96. Masunov, A.; Lazaridis, T. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1722-1730
97. Hawkins, G. D.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. Chem. Phys. Lett. 1995, 246, 122-129
98. Hawkins, G. D.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. 1996, 100, 19824-19839
99. Munõz, V.; Thompson, P. A.; Hofrichter, J.; Eaton, W. A. Nature 1997, 390, 196-199
100. Garcia, A. E.; Sanbomatsu, K. Y. Proteins 2001, 42, 345-354
101. Best, R. B.; Hummer, G. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 9004-9015
102. 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, 5179-5197
103. Struthers, M. D.; Cheng, R. P.; Imperiali, B. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 3073-3081
104. Rhee, Y. M.; Pande, V. S. Biophys. J. 2003, 84, 775-786
105. Zhu, Y.; Alonso, D. O. V.; Maki, K.; Huang, C.-Y.; Lahr, S. J.; Daggett, V.; Roder, H.; DeGrado, W. F.; Gai, F. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 15486-15491
106. Piana, S.; Lindorff-Larsen, K.; Shaw, D. E. Biophys. J. 2011, 100, L47-L49
107. Zamparo, M.; Pelizzola, A. J. Chem. Phys. 2009, 131, 035101
108. Chung, H. S.; Gopich, I. V.; McHale, K.; Cellmer, T.; Louis, J. M.; Eaton, W. A. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 3642-3656
109. Williams, S.; Causgrove, T. P.; Gilmanshin, R.; Fang, K. S.; Callender, R. H.; Woodruff, W. H.; Dyer, R. B. Biochemistry 1996, 35, 691-697
110. Thompson, P. A.; Munõz, V.; Jas, G. S.; Henry, E. R.; Eaton, W. A.; Hofrichter, J. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 378-389
111. Yesylevskyy, S. O.; Schafer, L. V.; Sengupta, D.; Marrink, S. J. PLoS Comput. Biol. 2010, 6, e1000810
112. Wu, Z.; Cui, Q.; Yethiraj, A. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 10524-10529
113. Humphrey, W.; Dalke, A.; Schulten, K. J. Mol. Graphics 1996, 14, 33-38