Coarse-graining DNA for simulations of DNA nanotechnology

Physical Chemistry Chemical Physics

Volumn 15, Issue 47, 2013, Pages 20395-20414

  Doye, Jonathan P K ^a   Ouldridge, Thomas E ^a   Louis, Ard A ^a   Romano, Flavio ^a   Šulc, Petr ^a   Matek, Christian ^a   Snodin, Benedict E K ^a   Rovigatti, Lorenzo ^b   Schreck, John S ^a   Harrison, Ryan M ^a   Smith, William P J ^a  

^a UNIVERSITY OF OXFORD   (United Kingdom)

^b UNIVERSITÀ DI ROMA LA SAPIENZA   (Italy)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DNA; NANOMATERIAL;

ALGORITHM; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; CONFORMATION; METABOLISM; NANOTECHNOLOGY; OXIDATION REDUCTION REACTION; REVIEW;

ALGORITHMS; DNA; MODELS, MOLECULAR; NANOSTRUCTURES; NANOTECHNOLOGY; NUCLEIC ACID CONFORMATION; OXIDATION-REDUCTION;

EID: 84887947465     PISSN: 14639076     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c3cp53545b     Document Type: Review

References (174)

1. V. Linko H. Dietz Curr. Opin. Biotechnol. 2013 24 555 561
2. J. Bath A. J. Turberfield Nat. Nanotechnol. 2007 2 275 284
3. J. Šponer A. Mládek J. E. Šponer D. Svozil M. Zgarbová P. BanአP. Jurečka M. Otyepka Phys. Chem. Chem. Phys. 2012 14 15257 15277
4. J. Poater M. Swart C. F. Guerra F. M. Bickelhaupt Chem. Commun. 2011 47 7326 7328
5. Z. D. Bryant F. C. Oberstrass A. Basu Curr. Opin. Struct. Biol. 2012 84 304 312
6. S. Forth M. Y. Sheinin J. Inman M. D. Wang Annu. Rev. Biochem. 2013 42 583 604
7. D. Y. Zhang E. Winfree J. Am. Chem. Soc. 2009 131 17303 17314
8. R. Vafabakhsh T. Ha Science 2012 337 1097 1101
9. N. C. Seeman J. Theor. Biol. 1982 99 237 247
10. A. Kuzyk R. Schreiber Z. Fan G. Pardatscher E.-M. Roller A. Högele F. C. Simmel A. O. Govorov T. Liedl Nature 2012 483 311 314
11. M. Langecker V. Arnaut T. G. Martin J. List S. Renner M. Mayer H. Dietz F. C. Simmel Science 2012 338 932 936
12. S. M. Douglas I. Bachelet G. M. Church Science 2012 335 831 834
13. S. Modi M. G. Swetha D. Goswami G. D. Gupta S. Mayor Y. Krishnan Nat. Nanotechnol. 2009 4 325 330
14. M. You Y. Chen X. Zhang H. Liu R. Wang K. R. Williams W. Tan Angew. Chem., Int. Ed. 2012 51 2457 2460
15. B. Yurke A. J. Turberfield A. P. Mills Jr F. C. Simmel J. L. Neumann Nature 2000 406 605 608
16. E. S. Andersen M. Dong M. M. Nielsen K. Jahn R. Subramani W. Mamdouh M. M. Golas B. Sander H. Stark C. L. P. Oliveira J. S. Pedersen V. Birkedal F. Besenbacher K. V. Gothelf J. Kjems Nature 2009 459 73 76
17. S. F. Wickham M. Endo Y. Katsuda K. Hidaka J. Bath H. Sugiyama A. J. Turberfield Nat. Nanotechnol. 2011 6 166 169
18. J. SantaLucia, Jr. D. Hicks Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2004 33 415 440
19. S. Takada Curr. Opin. Struct. Biol. 2012 22 130 137
20. M. G. Saunders G. A. Voth Curr. Opin. Struct. Biol. 2012 22 245406
21. W. Shinoda R. DeVane M. L. Klein Curr. Opin. Struct. Biol. 2012 22 175 186
22. J. J. de Pablo Annu. Rev. Phys. Chem. 2011 62 555 574
23. F. LankaŠ, Innovations in biomolecular modelling and simulation, Royal Society of Chemistry, vol. 2, 2012, pp. 3-32
24. D. Potoyan A. Savelyev G. A. Papoian Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci. 2013 3 69 83
25. T. E. Ouldridge A. A. Louis J. P. K. Doye Phys. Rev. Lett. 2010 104 178101
26. C. Bustamante J. F. Marko E. D. Siggia S. B. Smith Science 1994 265 1599 1600
27. J. P. Peters L. J. Maher III Q. Rev. Biophys. 2010 43 23 63
28. C. A. Laughton S. A. Harris Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci. 2011 1 590 600
29. A. Pérez F. J. Luque M. Orozco Acc. Chem. Res. 2012 45 196 205
30. T. E. Ouldridge R. L. Hoare A. A. Louis J. P. K. Doye J. Bath A. J. Turberfield ACS Nano 2013 7 2479 2490
31. P. Šulc T. E. Ouldridge F. Romano J. P. K. Doye A. A. Louis Nat. Comput. 10.1007/s11047-013-9391-8
32. R. C. DeMille T. E. Cheatham III V. Molinero J. Phys. Chem. B 2011 115 132 142
33. B. Mergell M. R. Ejtehadi R. Everaers Phys. Rev. E 2003 68 021911
34. H. L. Tepper G. A. Voth J. Chem. Phys. 2005 122 124906
35. N. B. Becker R. Everaers Phys. Rev. E 2007 76 021923
36. N. B. Becker R. Everaers J. Chem. Phys. 2009 130 135102
37. A. Savelyev G. A. Papoian Biophys. J. 2009 96 4044 4052
38. A. Savelyev G. A. Papoian Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010 107 20340 20345
39. O. Gonzalez D. Petkevičiute J. H. Maddocks J. Chem. Phys. 2013 138 055102
40. F. LankaŠ O. Gonzalez L. M. Heffler G. Stoll M. Moakher J. H. Maddocks Phys. Chem. Chem. Phys. 2009 11 10565 10588
41. M. Peyrard Nonlinearity 2004 17 R1 R40
42. M. Sales-Pardo R. Guimera A. A. Moreira J. Widom L. A. N. Amaral Phys. Rev. E 2005 71 051902
43. F. W. Starr F. Sciortino J. Phys.: Condens. Matter 2006 18 L347
44. J. C. Araque A. Z. Panagiotopoulos M. A. Robert J. Chem. Phys. 2011 134 165103
45. C. Svaneborg Comput. Phys. Commun. 2012 183 1793 1802
46. C. Svaneborg H. Fellermann S. Rasmussen Lecture Notes in Computer Science 2012 7433 123 134
47. T. E. Ouldridge I. G. Johnston A. A. Louis J. P. K. Doye J. Chem. Phys. 2009 130 065101
48. C. Svaneborg Nat. Comput.
49. W. Dai S. K. Kumar F. W. Starr Soft Matter 2010 6 6130 6135
50. K. Drukker G. C. Schatz J. Phys. Chem. B 2000 104 6108 6111
51. K. Drukker G. C. Wu G. Schatz J. Chem. Phys. 2001 114 579 590
52. S. P. Mielke N. Gronbech-Jensen V. V. Krishnan W. H. Fink C. J. Benham J. Chem. Phys. 2005 123 124911
53. T. A. Knotts IV N. Rathore D. C. Schwartz J. J. de Pablo J. Chem. Phys. 2007 126 084901
54. F. Trovato V. Tozzini J. Phys. Chem. B 2008 112 13197 13200
55. E. J. Sambriski D. C. Schwartz J. J. de Pablo Biophys. J. 2009 96 1675 1690
56. E. J. Sambriski V. Ortiz J. J. de Pablo J. Phys.: Condens. Matter 2009 21 034105
57. M. Kenward K. D. Dorfman J. Chem. Phys. 2009 130 095101
58. A. Morris-Andrews J. Rottler S. S. Plotkin J. Chem. Phys. 2010 132 035105
59. K. Doi T. Haga H. Shintaku S. Kawano Philos. Trans. R. Soc., A 2010 368 2615 2628
60. P. D. Dans A. Zeida M. R. Machado S. Pantano J. Chem. Theory Comput. 2010 6 1711 1725
61. N. B. Tito J. M. Stubbs Chem. Phys. Lett. 2010 485 354 359
62. J. H. Allen E. T. Schoch J. M. Stubbs J. Phys. Chem. B 2011 115 1720 1726
63. G. S. Freeman D. M. Hinckley J. J. de Pablo J. Chem. Phys. 2011 135 165104
64. M. C. Linak R. Tourdot K. D. Dorfman J. Chem. Phys. 2011 135 205102
65. I. P. Kikot A. V. Savin E. A. Zubova M. A. Mazo E. B. Gusarova L. I. Manevitch A. V. Onufriev Biophysics 2011 56 387 392
66. A. V. Savin M. A. Mazo I. P. Kikot L. I. Manevitch A. V. Onufriev Phys. Rev. B 2011 83 245406
67. C. W. Hsu M. Fyta G. Lakatos S. Melchionna E. Kaxiras J. Chem. Phys. 2012 137 105102
68. T. E. Ouldridge A. A. Louis J. P. K. Doye J. Chem. Phys. 2011 134 085101
69. L. E. Edens J. A. Brozik D. J. Keller J. Phys. Chem. B 2012 116 14735 14743
70. M. Maciejszyk A. Spasic A. Liwo H. A. Scheraga J. Comput. Chem. 2010 31 1644 1655
71. Y. He M. Maciejczyk S. Oldzej H. A. Scheraga A. Liwo Phys. Rev. Lett. 2013 110 098101
72. T. Cragnoli P. Derreumaux S. Pasquali J. Phys. Chem. B 2013 117 8047 8060
73. W. G. Noid J. Chem. Phys. 2013 139 090901
74. A. A. Louis J. Phys.: Condens. Matter 2002 14 9187 9206
75. R. Everaers S. Kumar C. Simm Phys. Rev. E 2007 75 041908
76. D. Chandler and P. Varilly, Proceeding of the International School of Physics "Enrico Fermi", IOS Press, Amsterdam, vol. 176, 2012, pp. 75-111
77. C. R. Chandler, H. R. Drew, B. F. Luisi and A. A. Travers, Understanding DNA: The molecule and how it works, Elsevier Academic Press, 2004
78. A.-M. Florescu M. Joyeux J. Chem. Phys. 2011 135 085105
79. P. K. Maiti T. A. Pascal N. Vaidehi W. A. Goddard III Nucleic Acids Res. 2004 32 6047 6056
80. P. K. Maiti T. A. Pascal N. Vaidehi J. Heo W. A. Goddard Biophys. J. 2006 90 1463 1479
81. J. M. Arbona J.-P. Aimé J. Elezgaray Phys. Rev. E 2012 86 051912
82. C. E. Castro F. Kilchherr E. L. Kim D.-N. Shiao T. Wauer P. Wortmann M. Bathe H. Dietz Nat. Methods 2011 8 221 229
83. D.-N. Kim F. Kilchherr H. Dietz M. Bathe Nucleic Acids Res. 2012 40 2862 2868
84. T. E. Ouldridge, PhD thesis, University of Oxford, 2011
85. J. A. Holbrook M. W. Capp R. M. Saecker M. T. Record Biochemistry 1999 38 8409 8422
86. P. Šulc F. Romano T. E. Ouldridge L. Rovigatti J. P. K. Doye A. A. Louis J. Chem. Phys. 2012 137 135101
87. F. Romano A. Hudson J. P. K. Doye T. E. Ouldridge A. A. Louis J. Chem. Phys. 2012 136 215102
88. C. Matek T. E. Ouldridge A. Levy J. P. K. Doye A. A. Louis J. Phys. Chem. B 2012 116 11616 11625
89. F. Romano D. Chakraborty J. P. K. Doye T. E. Ouldridge A. A. Louis J. Chem. Phys. 2013 138 085101
90. N. Srinivas T. E. Ouldridge P. Šulc J. M. Schaeffer B. Yurke A. A. Louis J. P. K. Doye E. Winfree Nucleic Acids Res. 2013 41 10.1093/nar/gkt801
91. T. E. Ouldridge P. Šulc F. Romano J. P. K. Doye A. A. Louis Nucleic Acids Res. 2013 41 10.1093/nar/gkt687
92. C. de Michele L. Rovigatti T. Bellini F. Sciortino Soft Matter 2012 8 8388 8398
93. A. A. Kornyshev D. J. Lee S. Leikin A. Wynveen Rev. Mod. Phys. 2007 79 943 996
94. F. Mocci A. Laaksonen Soft Matter 2012 8 9268 9284
95. R. Lavery K. Zakrzewska D. Beveridge T. C. Bishop D. A. Case T. Cheatham III S. Dixit B. Jayaram F. Lankas C. Laughton J. H. Maddocks A. Michon R. Osman M. Orozco A. Perez T. Singh N. Spackova J. Šponer Nucleic Acids Res. 2010 38 299 313
96. T. E. Ouldridge J. Chem. Phys. 2012 137 144105
97. I. Snook, The Langevin and Generalised Langevin Approach to the Dynamics of Atomic, Polymeric and Colloidal Systems, Elsevier, Amsterdam, 2007
98. D. Frenkel and B. Smit, Understanding Molecular Simulation, Academic Press, San Diego, 2001
99. P. K. Depa J. K. Maranas J. Chem. Phys. 2005 123 094901
100. D. Fritz K. Koschke V. A. Harmandaris N. F. A. van der Vegt K. Kremer Phys. Chem. Chem. Phys. 2011 13 10412 10420
101. K. Kikuchi M. Yoshida T. Maekawa H. Watanabe Chem. Phys. Lett. 1991 185 335 338
102. L. Berthier W. Kob J. Phys.: Condens. Matter 2007 19 205130
103. G. Tiana L. Sutto R. A. Broglia Physica A 2007 380 241 249
104. E. Sanz D. Marenduzzo J. Chem. Phys. 2010 132 194102
105. S. Whitelam P. Geissler J. Chem. Phys. 2007 127 154101
106. S. Whitelam E. H. Feng M. F. Hagan P. Geissler Soft Matter 2009 5 1251 1262
107. A. Bhattacharyay A. Troisi Chem. Phys. Lett. 2008 458 210 213
108. R. L. Davidchack R. Handel M. V. Tretyakov J. Chem. Phys. 2009 130 234101
109. J. Russo P. Tartaglia F. Sciortino J. Chem. Phys. 2009 131 014504
110. G. M. Torrie J. P. Valleau J. Comput. Phys., B 1977 23 187 199
111. D. J. Earl M. W. Deem Phys. Chem. Chem. Phys. 2005 7 3910 3916
112. T. E. Ouldridge A. A. Louis J. P. K. Doye J. Phys.: Condens. Matter 2010 22 104102
113. T. R. Prytkova I. Eryazici B. Stepp S.-B. Nguyen G. C. Schatz J. Phys. Chem. B 2010 114 2627 2634
114. M. J. Hoefert E. J. Sambriski J. J. de Pablo Soft Matter 2011 7 560 566
115. T. J. Schmitt T. A. Knotts IV J. Chem. Phys. 2011 134 205105
116. D. H. D. Jong L. V. Schäfer A. H. D. Vries S. J. Marrink H. J. C. Berendsen H. Grubmüller J. Comput. Chem. 2011 32 1919 1928
117. R. J. Allen P. B. Warren P. R. ten Wolde Phys. Rev. Lett. 2005 94 018104
118. R. J. Allen C. Valeriani P. R. ten Wolde J. Phys.: Condens. Matter 2009 21 463102
119. C. Dellago P. G. Bolhuis P. L. Geissler Adv. Chem. Phys. 2002 123 1 84
120. T. S. van Erp P. G. Bolhuis J. Comput. Phys. 2005 205 157 181
121. N. L. Goddard G. Bonnet O. Krichevsky A. Libchaber Phys. Rev. Lett. 2000 85 2400 2403
122. E. J. Sambriski D. C. Schwartz J. J. de Pablo Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009 106 18125 18130
123. T. J. Schmitt J. B. Rogers T. A. Knotts IV J. Chem. Phys. 2013 138 035102
124. N. R. Cozzarelli G. J. Cost M. Nöllmann T. Viard J. E. Stray Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2006 53 580 588
125. J. M. Fogg G. L. Randall B. M. Pettitt D. W. L. Summners S. A. Harris L. Zechiedrich Q. Rev. Biophys. 2012 45 257 299
126. J. D. Moroz P. Nelson J. Chem. Phys. 1997 94 14418 14422
127. J. R. Wenner M. C. Williams I. Rouzina V. A. Bloomfield Biophys. J. 2002 82 3160 3169
128. X. Zhang H. Chen H. Fu P. S. Doyle J. Yan Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012 109 8103 8108
129. M. C. Williams I. Rouzina V. A. Bloomfield Acc. Chem. Res. 2002 35 159 166
130. S. B. Smith Y. Cui C. Bustamante Science 1996 271 795 799
131. G. A. King P. Gross U. Bockelmann M. Modesti G. J. L. Wuite E. J. G. Peterman Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013 110 3859 3864
132. X. Zhang H. Chen I. Rouzina P. S. Doyle J. Yan Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013 110 3865 3870
133. J. M. Huguet C. V. Bizarro N. Forns S. B. Smith C. Bustamante F. Ritort Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010 107 15431 15436
134. W.-S. Chen W.-H. Chen Z. Chen A. A. Gooding K.-J. Lin C.-H. Kiang Phys. Rev. Lett. 2010 105 218104
135. T. R. Strick J.-F. Allemand D. Bensimon A. Bensimon V. Croquette Science 1996 271 1835 1837
136. A. Vologodskii M. D. Frank-Kamenetskii Nucleic Acids Res. 2013 41 6785 6792
137. D. Shore J. Langowski R. L. Baldwin Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1981 78 4833 4837
138. T. E. Cloutier J. Widom Mol. Cell 2004 14 355 362
139. J. Yan J. F. Marko Phys. Rev. Lett. 2004 93 108108
140. D. A. Sivak P. L. Geissler J. Chem. Phys. 2012 136 045102
141. H. Shroff D. Sivak J. J. Siegel A. L. McEvoy M. Siu A. Spakowitz P. L. Geissler J. Liphardt Biophys. J. 2008 94 2179 2186
142. H. Qu Y. Wang C.-Y. Tseng G. Zocchi Phys. Rev. X 2011 1 021008
143. D. J. Kauert T. Kurth T. Liedl R. Seidel Nano Lett. 2011 11 5558 5563
144. E. Pfitzner C. Wachauf F. Kilchherr B. Pelz W. M. Shih M. Rief H. Dietz Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 7766 7771
145. J. Nowakowski P. J. Shim C. D. Stout G. F. Joyce J. Mol. Biol. 2000 300 93 102
146. D. M. J. Lilley Q. Rev. Biophys. 2000 33 109 159
147. R. P. Goodman I. A. T. Schaap C. F. Tardin C. M. Erben R. M. Berry C. F. Schmidt A. J. Turberfield Science 2005 310 1661 1665
148. R. M. Dirks J. S. Bois J. M. Schaeffer E. Winfree N. A. Pierce SIAM Rev. 2007 49 65 88
149. T.-J. Fu N. C. Seeman Biochemistry 1993 32 3211 3220
150. E. Winfree F. Liu L. A. Wenzler N. C. Seeman Nature 1998 394 539 544
151. P. W. K. Rothemund A. Ekani-Nkodo N. Papadakis A. Kumar D. K. Fygenson E. Winfree J. Am. Chem. Soc. 2004 126 16344 16353
152. P. W. K. Rothemund N. Papadakis E. Winfree PLoS Biol. 2004 2 e424
153. R. Schulman E. Winfree Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007 104 15236 15241
154. Y. He M. Su P. Fang C. Zhang A. E. Ribbe W. Jiang C. Mao Angew. Chem., Int. Ed. 2010 49 748 751
155. C. Zhang M. Su Y. He X. Zhao P.-A. Fang A. E. Ribbe W. Jiang C. Mao Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 10665 10669
156. Y. He Y. Chen H. Liu A. E. Ribbe C. Mao J. Am. Chem. Soc. 2005 127 12202 12203
157. H. Yan S. H. Park G. Finkelstein J. H. Reif T. H. LaBean Science 2003 301 1882 1884
158. Y. He Y. Tian A. E. Ribbe C. Mao J. Am. Chem. Soc. 2006 128 15978 15979
159. F. Zhang Y. Liu H. Yan J. Am. Chem. Soc. 2013 135 7458 7461
160. Y. He T. Ye C. Zhang A. E. Ribbe W. Jiang C. Mao Nature 2008 452 198 201
161. P. W. K. Rothemund Nature 2006 440 297 302
162. S. M. Douglas H. Dietz T. Liedl B. Högbert F. Graf W. M. Shih Nature 2009 459 414 418
163. H. Dietz S. M. Douglas W. M. Shih Science 2009 325 725730
164. D. Han S. Pal J. Nangreave Z. Deng Y. Liu H. Yan Science 2011 332 342 346
165. X.-C. Bai T. G. Martin S. H. W. Scheres H. Dietz Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012 109 20012 20017
166. S. M. Douglas A. H. Marblestone S. Teerapittayanon A. Vazquez G. M. Church W. M. Shih Nucleic Acids Res. 2009 37 5001 5006
167. J.-P. Sobczak T. G. Martin G. Gerling H. Dietz Science 2012 338 1458 1461
168. Y. Yang D. Han J. Nangreave Y. Liu H. Yan ACS Nano 2012 6 8209 8215
169. J. S. Bois S. Venkataraman H. M. T. Choi A. J. Spakowitz Z.-G. Wang N. A. Pierce Nucleic Acids Res. 2005 33 4090 4095
170. S. J. Green D. Lubrich A. J. Turberfield Biophys. J. 2006 91 2966 2975
171. J. Bath S. J. Green A. J. Turberfield Angew. Chem., Int. Ed. 2005 117 4432 4435
172. S. F. Wickham J. Bath Y. Katsuda M. Endo K. Hidaka H. Sugiyama A. J. Turberfield Nat. Nanotechnol. 2012 7 169 173
173. J. Bath S. J. Green K. E. Allen A. J. Turberfield Small 2009 5 1513 1516
174. S. J. Green J. Bath A. J. Turberfield Phys. Rev. Lett. 2008 101 238101