Mixing MARTINI: Electrostatic coupling in hybrid atomistic-coarse-grained biomolecular simulations

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 117, Issue 13, 2013, Pages 3516-3530

  Wassenaar, Tsjerk A ^a   Ingólfsson, Helgi I ^a   Prieß, Marten ^b   Marrink, Siewert J ^a   Schäfer, Lars V ^b  

^a UNIVERSITY OF GRONINGEN   (Netherlands)

^b GOETHE UNIVERSITY   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AMINO ACIDS; ASCORBIC ACID; COMPUTATIONAL EFFICIENCY; ELECTROSTATICS; LIPID BILAYERS; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULES;

BIOMOLECULAR SIMULATION; COARSE-GRAINED FORCE FIELDS; COMPUTATIONALLY EFFICIENT; HYBRID MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; INTRAMOLECULAR INTERACTIONS; MECHANOSENSITIVE CHANNEL; POTENTIALS OF MEAN FORCES; RELATIVE DIELECTRIC PERMITTIVITY;

COMPUTER SIMULATION;

EID: 84875777145     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp311533p     Document Type: Article

References (127)

1. Karplus, M.; McCammon, J. A. Nat. Struct. Biol. 2002, 9, 646-652
2. Gumbart, J.; Wang, Y.; Aksimentiev, A.; Tajkhorshid, E.; Schulten, K. Curr. Opin. Struct. Biol. 2005, 15, 423-431
3. Marrink, S. J.; de Vries, A. H.; Tieleman, D. P. Biochim. Biophys. Acta 2009, 1788, 149-168
4. van Gunsteren, W. F.; Bakowies, D.; Baron, R.; Chandrasekhar, I.; Christen, M.; Daura, X.; Gee, P.; Geerke, D. P.; Glattli, A.; Hünenberger, P. H.; Kastenholz, M. A.; Ostenbrink, C.; Schenk, M.; Trzesniak, D.; van der Vegt, N. F. A.; Yu, H. B. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 4064-4092
5. Voth, G. A. Coarse-Graining of Condensed Phase and Biomolecular Systems; CRC Press/Taylor and Francis: Boca Raton, FL, 2009.
6. Nielsen, S. O.; Lopez, C. F.; Srinivas, G.; Klein, M. L. J. Phys.: Condens. Matter 2004, 16, R481-R512
7. Tozzini, V. Curr. Opin. Struct. Biol. 2005, 15, 144-150
8. Smit, B.; Hilbers, P. A. J.; Esselink, K.; Rupert, L. A. M.; van Os, N. M.; Schlijper, A. G. Nature 1990, 348, 624-625
9. Shelley, J. C.; Shelley, M. Y.; Reeder, R. C.; Bandyopadhyay, S.; Klein, M. L. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 4464-4470
10. Goetz, R.; Lipowsky, R. J. Chem. Phys. 1998, 108, 7397-7409
11. Marrink, S. J.; de Vries, A. H.; Mark, A. E. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 750-760
12. Izvekov, S.; Voth, G. A. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 2469-2473
13. Onuchic, J. N.; Wolynes, P. G. Curr. Opin. Struct. Biol. 2004, 14, 70-75
14. Chebaro, Y.; Pasquali, S.; Derreumaux, P. J. Phys. Chem. B 2012, 116, 8741-8752
15. Shih, A. Y.; Arkhipov, A. S.; Freddolino, P. L.; Schulten, K. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 3674-3684
16. Bond, P. J.; Sansom, M. S. P. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 2697-2704
17. Fuhrmans, M.; Marrink, S. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1543-1552
18. Periole, X.; Huber, T.; Marrink, S. J.; Sakmar, T. P. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 10126-10132
19. Reynwar, B. J.; Illya, G.; Harmandaris, V. A.; Muller, M. M.; Kremer, K.; Deserno, M. Nature 2007, 447, 461-464
20. Reynwar, B. J.; Deserno, M. Biointerphases 2008, 3, FA117-FA124
21. Schmidt, U.; Guigas, G.; Weiss, M. Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 128104
22. Sengupta, D.; Marrink, S. J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 12987-12996
23. Schäfer, L. V.; de Jong, D. H.; Holt, A.; Rzepiela, A. J.; de Vries, A. H.; Poolman, B.; Killian, J. A.; Marrink, S. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011, 108, 1343-1348
24. Morozova, D.; Guigas, G.; Weiss, M. PLoS Comput. Biol. 2011, 7, e1002067
25. Bogaart, G. v. d.; Meyenberg, K.; Risselada, H. J.; Amin, H.; Willig, K. I.; Hubrich, B. E.; Dier, M.; Hell, S. W.; Grubmüller, H.; Diederichsen, U.; Jahn, R. Nature 2011, 479, 552-555
26. Parton, D. L.; Klingelhoefer, J. W.; Sansom, M. S. P. Biophys. J. 2011, 101, 691-699
27. Domanski, J.; Marrink, S. J.; Schäfer, L. V. Biochim. Biophys. Acta, Biomembr. 2012, 1818, 984-994
28. Zacharias, M. Protein Sci. 2003, 12, 1271-1282
29. Ayton, G. S.; Noid, W. G.; Voth, G. A. Curr. Opin. Struct. Biol. 2007, 17, 192-198
30. Peter, C.; Kremer, K. Soft Matter 2009, 5, 4357-4366
31. Tschöp, W.; Kremer, K.; Hahn, O.; Batoulis, J.; Bürger, T. Acta Polym. 1998, 49, 75-79
32. Milano, G.; Müller-Plathe, F. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 18609-18619
33. Hess, B.; Leon, S.; van der Vegt, N.; Kremer, K. Soft Matter 2006, 2, 409-414
34. Harmandaris, V. A.; Adhikari, N. P.; van der Vegt, N. F. A.; Kremer, K. Macromolecules 2006, 39, 6708-6719
35. Heath, A. P.; Kavraki, L. E.; Clementi, C. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2007, 68, 646-661
36. Shih, A. Y.; Freddolino, P. L.; Sligar, S. G.; Schulten, K. Nano Lett. 2007, 7, 1692-1696
37. Villa, A.; Peter, C.; van der Vegt, N. F. A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 2077-2086
38. Rzepiela, A. J.; Schäfer, L. V.; Goga, N.; Risselada, H. J.; de Vries, A. H.; Marrink, S. J. J. Comput. Chem. 2010, 31, 1333-1343
39. Stansfeld, P. J.; Sansom, M. S. P. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 1157-1166
40. Warshel, A. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2003, 32, 425-443
41. Lin, H.; Truhlar, D. G. Theor. Chem. Acc. 2007, 117, 185-199
42. Shi, Q.; Izvekov, S.; Voth, G. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 15045-15048
43. Izvekov, S.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 2005, 123, 134105
44. Michel, J.; Orsi, M.; Essex, J. W. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 657-660
45. Orsi, M.; Sanderson, W. E.; Essex, J. W. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 12019-12029
46. Masella, M.; Borgis, D.; Cuniasse, P. J. Comput. Chem. 2011, 32, 2664-2678
47. Masella, M.; Borgis, D.; Cuniasse, P. J. Comput. Chem. 2008, 29, 1707-1724
48. Rzepiela, A. J.; Louhivuori, M.; Peter, C.; Marrink, S. J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 10437-10448
49. Marrink, S. J.; Risselada, H. J.; Yefimov, S.; Tieleman, D. P.; de Vries, A. H. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 7812-7824
50. Han, W.; Wan, C. K.; Jiang, F.; Wu, Y.-D. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 3373-3389
51. Han, W.; Wan, C. K.; Wu, Y.-D. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 3390-3402
52. Wan, C. K.; Han, W.; Wu, Y.-D. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 300-313
53. Han, W.; Schulten, K. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 4413-4424
54. Riniker, S.; van Gunsteren, W. F. J. Chem. Phys. 2012, 137, 044120
55. Riniker, S.; van Gunsteren, W. F. J. Chem. Phys. 2011, 134, 084110
56. Riniker, S.; Eichenberger, A. P.; van Gunsteren, W. F. Eur. Biophys. J. 2012, 41, 647-661
57. Neri, M.; Anselmi, C.; Cascalla, M.; Maritan, A.; Carloni, P. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 218102
58. Abrams, C. F. J. Chem. Phys. 2005, 123, 234101
59. Praprotnik, M.; Delle Site, L.; Kremer, K. J. Chem. Phys. 2005, 123, 224106
60. Ensing, B.; Nielsen, S. O.; Moore, P. B.; Klein, M. L.; Parrinello, M. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 1100-1105
61. Heyden, A.; Truhlar, D. G. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 217-221
62. Praprotnik, M.; Delle Site, L.; Kremer, K. Annu. Rev. Phys. Chem. 2008, 59, 545-571
63. Praprotnik, M.; Delle Site, L.; Kremer, K. J. Chem. Phys. 2007, 126 134902
64. Nielsen, S. O.; Bulo, R. E.; Moore, P. B.; Ensing, B. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 12401-12414
65. Heyden, A.; Lin, H.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 2231-2241
66. Bulo, R. E.; Ensing, B.; Sikkema, J.; Visscher, L. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 2212-2221
67. Christen, M.; van Gunsteren, W. F. J. Chem. Phys. 2006, 124, 1541061-1541067
68. Liu, P.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 2007, 126, 045106
69. Lyman, E.; Ytreberg, F. M.; Zuckerman, D. M. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 0281051
70. Monticelli, L.; Kandasamy, S. K.; Periole, X.; Larson, R. G.; Tieleman, D. P.; Marrink, S. J. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 819-834
71. Lopez, C. A.; Rzepiela, A. J.; de Vries, A. H.; Dijkhuizen, L.; Hünenberger, P. H.; Marrink, S. J. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 3195-3210
72. Yesylevskyy, S. O.; Schäfer, L. V.; Sengupta, D.; Marrink, S. J. PLoS Comput. Biol. 2010, 6, e1000810
73. Wu, Z.; Cui, Q.; Yethiraj, A. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 10524-10529
74. Wu, Z.; Cui, Q.; Yethiraj, A. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 3793-3802
75. Schuler, L. D.; van Gunsteren, W. F. Mol. Simul. 2000, 25, 301-319
76. Schuler, L. D.; Daura, X.; van Gunsteren, W. F. J. Comput. Chem. 2001, 22, 1205-1218
77. Oostenbrink, C.; Villa, A.; Mark, A. E.; van Gunsteren, W. F. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1656-1676
78. Berendsen, H. J. C.; Grigera, J. R.; Straatsma, T. P. J. Phys. Chem. 1987, 91, 6269-6271
79. Neumann, M. Mol. Phys. 1983, 50, 841-858
80. Ha-Duong, T.; Basdevant, N.; Borgis, D. Chem. Phys. Lett. 2009, 468, 79-82
81. Darré, L.; Machado, M. R.; Dans, P. D.; Herrera, F. E.; Pantano, S. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 3793-3807
82. Hess, B.; Kutzner, C.; van der Spoel, D.; Lindahl, E. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 435-447
83. van Gunsteren, W. F.; Berendsen, H. J. C. Mol. Simul. 1988, 1, 173-185
84. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren, W. F.; DiNola, A.; Haak, J. R. J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684-3690
85. Hess, B. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 116-122
86. Hess, B.; Dekker, H.; Berendsen, H. J. C.; Fraaie, J. G. E. M. J. Comput. Chem. 1997, 18, 1463-1472
87. Miyamoto, S.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1992, 13, 952-962
88. Hess, B.; Holm, C.; van der Vegt, N. F. A. J. Chem. Phys. 2006, 124, 164509
89. Hess, B. J. Chem. Phys. 2002, 116, 209-217
90. de Jong, D. H.; Schäfer, L. V.; de Vries, A. H.; Marrink, S. J.; Berendsen, H. J. C.; Grubmüller, H. J. Comput. Chem. 2011, 32, 1919-1928
91. Ouldridge, T. E.; Louis, A. A.; Doye, J. P. K. J. Phys. Condens. Matter 2012, 104102
92. de Jong, D. H.; Periole, X.; Marrink, S. J. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 1003-1014
93. Lindahl, E.; Hess, B.; van der Spoel, D. J. Mol. Model. 2001, 7, 306-317
94. Shirts, M. R.; Pitera, J. W.; Swope, W. C.; Pande, V. S. J. Chem. Phys. 2003, 119, 5740-5761
95. Hess, B.; van der Vegt, N. F. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 17616-17626
96. Darden, T.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089-10092
97. Bennett, C. H. J. Comput. Phys. 1976, 22, 245-268
98. Steinmetz, M. O.; Jelesarov, I.; Matousek, W. M.; Honnappa, S.; Jahnke, W.; Missimer, J. H.; Frank, S.; Alexandrescu, A. T.; Kammerer, R. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 7062-7067
99. Bussi, G.; Donadio, D.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 2007, 126, 014101
100. Ramage, R.; Green, J.; Muir, T.; Ogunjobi, O.; Love, S.; Shaw, K. Biochem. J. 1994, 299, 151-158
101. Gullingsrud, J.; Kosztin, D.; Schulten, K. Biophys. J. 2001, 80, 2074-2081
102. Colombo, G.; Marrink, S. J.; Mark, A. E. Biophys. J. 2003, 84, 2331-2337
103. Jeon, J.; Voth, G. A. Biophys. J. 2008, 94, 3497-3511
104. Yefimov, S.; van der Giessen, E.; Onck, P. R.; Marrink, S. J. Biophys. J. 2008, 94, 2994-3002
105. Louhivuori, M.; Risselada, H. J.; van der Giessen, E.; Marrink, S. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 19856-19860
106. Rui, H.; Kumar, R.; Im, W. Biophys. J. 2011, 101, 671-679
107. Ollila, O. H. S.; Louhivuori, M.; Marrink, S. J.; Vattulainen, I. Biophys. J. 2011, 100, 1651-1659
108. Steinbacher, S.; Bass, R.; Strop, P.; Rees, D. C. Curr. Top. Membr. 2007, 58, 1-24
109. Blount, P.; Sukharev, S. I.; Schroeder, M. J.; Nagle, S. K.; Kung, C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 11652-11657
110. de Jong, D. H.; Singh, G.; Bennett, W. F. D.; Arnarez, C.; Wassenaar, T. A.; Schäfer, L. V.; Periole, X.; Tieleman, D. P.; Marrink, S. J. J. Chem. Theory Comput. 2013, 9, 687-697
111. van Dijk, M.; Wassenaar, T. A.; Bonvin, A. M. J. J. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 3463-3472
112. Fennell, C. J.; Bizjak, A.; Vlachy, V.; Dill, K. A. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 6782-6791
113. Masunov, A.; Lazaridis, T. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1722-1730
114. Schutz, C. N.; Warshel, A. Proteins 2001, 44, 400-417
115. Hummer, G.; Pratt, L. R.; Garcia, A. E. J. Phys. Chem. 1996, 100, 1206-1215
116. Figueirido, F.; Del Buono, G. S.; Levy, R. M. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 5622-5623
117. Bogusz, S.; Cheatham, T. E.; Brooks, B. R. J. Chem. Phys. 1998, 108, 7070-7084
118. Peter, C.; van Gunsteren, W. F.; Hünenberger, P. H. J. Chem. Phys. 2003, 119, 12205
119. Villa, A.; Peter, C.; van der Vegt, N. F. A. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 2434-2444
120. Radzicka, A.; Wolfenden, R. Biochemistry 1988, 27, 1664-1670
121. Baron, R.; Trzesniak, D.; de Vries, A. H.; Elsener, A.; Marrink, S. J.; van Gunsteren, W. F. ChemPhysChem 2007, 8, 452-461
122. Dolenc, J.; Missimer, J. H.; Steinmetz, M. O.; van Gunsteren, W. F. J. Biomol. NMR 2010, 47, 221-235
123. Schmid, N.; Eichenberger, A. P.; Choutko, A.; Riniker, S.; Winger, M.; Mark, A. E.; van Gunsteren, W. F. Eur. Biophys. J. 2011, 40, 843-856
124. Kabsch, W.; Sander, C. Biopolymers 1983, 22, 2577-2637
125. Riniker, S.; Eichenberger, A. P.; van Gunsteren, W. F. J. Phys. Chem. B 2012, 116, 8873-8879
126. Darré, L.; Tek, A.; Baaden, M.; Pantano, S. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 3880-3894
127. Bekker, H.; van den Berg, J. P.; Wassenaar, T. A. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1037-1046