Surface-tension replica-exchange molecular dynamics method for enhanced sampling of biological membrane systems

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 9, Issue 12, 2013, Pages 5629-5640

  Mori, Takaharu ^a   Jung, Jaewoon ^b   Sugita, Yuji ^a,b  

^a RIKEN   (Japan)

^b RIKEN Center for Computational Science   (Japan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 84890462902     PISSN: 15499618     EISSN: 15499626     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct400445k     Document Type: Article

References (76)

1. Gouaux, E.; MacKinnon, R. Science 2005, 310, 1461-1465
2. Toyoshima, C. Arch. Biochem. Biophys. 2008, 476, 3-11
3. White, S. H. Nature 2009, 459, 344-346
4. Lee, A. G. Biochim. Biophys. Acta 2004, 1666, 62-87
5. MacCallum, J. L.; Tieleman, D. P. Trends Biochem. Sci. 2011, 36, 653-662
6. Mukherjee, S.; Maxfield, F. R. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2004, 20, 839-866
7. Lingwood, D.; Simons, K. Science 2010, 327, 46-50
8. Service, R. F. Science 2013, 339, 264-266
9. Shaw, D. E.; Deneroff, M. M.; Dror, R. O.; Kuskin, J. S.; Larson, R. H.; Salmon, J. K.; Young, C.; Batson, B.; Bowers, K. J.; Chao, J. C.; Eastwood, M. P.; Gagliardo, J.; Grossman, J. P.; Ho, C. R.; Ierardi, D. J.; Kolossváry, I.; Klepeis, J. L.; Layman, T.; McLeavey, C.; Moraes, M. A.; Mueller, R.; Priest, E. C.; Shan, Y. B.; Spengler, J.; Theobald, M.; Towles, B.; Wang, S. C. Commun. ACM 2008, 51, 91-97
10. Dror, R. O.; Pan, A. C.; Arlow, D. H.; Borhani, D. W.; Maragakis, P.; Shan, Y. B.; Xu, H. F.; Shaw, D. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2011, 108, 13118-13123
11. Jensen, M. Ø.; Jogini, V.; Borhani, D. W.; Leffler, A. E.; Dror, R. O.; Shaw, D. E. Science 2012, 336, 229-233
12. Gumbart, J. C.; Teo, I.; Roux, B.; Schulten, K. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 2291-2297
13. Liwo, A.; Czaplewski, C.; Ołdziej, S.; Scheraga, H. A. Curr. Opin. Struct. Biol. 2008, 18, 134-139
14. Escobedo, F. A.; Borrero, E. E.; Araque, J. C. J. Phys.: Condens. Mat. 2009, 21, 333101
15. Gullingsrud, J.; Schulten, K. Biophys. J. 2003, 85, 2087-2099
16. Jensen, M. Ø.; Yin, Y.; Tajkhorshid, E.; Schulten, K. Biophys. J. 2007, 93, 92-102
17. Cheng, X. L.; Wang, H. L.; Grant, B.; Sine, S. M.; McCammon, J. A. PLoS Comput. Biol. 2006, 2, 1173-1184
18. Bond, P. J.; Holyoake, J.; Ivetac, A.; Khalid, S.; Sansom, M. S. P. J. Struct. Biol. 2007, 157, 593-605
19. Monticelli, L.; Kandasamy, S. K.; Periole, X.; Larson, R. G.; Tieleman, D. P.; Marrink, S. J. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 819-834
20. Yao, X. Q.; Kenzaki, H.; Murakami, S.; Takada, S. Nat. Commun. 2010, 1, 117
21. Ohkubo, Y. Z.; Pogorelov, T. V.; Arcario, M. J.; Christensen, G. A.; Tajkhorshid, E. Biophys. J. 2012, 102, 2130-2139
22. Berg, B. A.; Neuhaus, T. Phys. Rev. Lett. 1992, 68, 9-12
23. Hansmann, U. H. E.; Okamoto, Y. Phys. Rev. E 1997, 56, 2228-2233
24. Mitsutake, A.; Sugita, Y.; Okamoto, Y. Biopolymers 2001, 60, 96-123
25. Itoh, S. G.; Okumura, H.; Okamoto, Y. Mol. Simul. 2007, 33, 47-56
26. Sugita, Y.; Okamoto, Y. Chem. Phys. Lett. 1999, 314, 141-151
27. Hukushima, K.; Nemoto, K. J. Phys. Soc. Jpn. 1996, 65, 1604-1608
28. Okabe, T.; Kawata, M.; Okamoto, Y.; Mikami, M. Chem. Phys. Lett. 2001, 335, 435-439
29. Paschek, D.; Garcia, A. E. Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 238105
30. Mori, Y.; Okamoto, Y. J. Phys. Soc. Jpn. 2010, 79, 074003
31. Nagai, T.; Ueoka, R.; Okamoto, Y. J. Phys. Soc. Jpn. 2012, 81, 024002
32. Vogel, A.; Roark, M.; Feller, S. E. Biochim. Biophys. Acta 2012, 1818, 219-224
33. Nymeyer, H.; Woolf, T. B.; Garcia, A. E. Proteins 2005, 59, 783-790
34. Kokubo, H.; Okamoto, Y. Chem. Phys. Lett. 2004, 383, 397-402
35. Im, W.; Brooks, C. L., III. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 6771-6776
36. Miyashita, N.; Straub, J. E.; Thirumalai, D.; Sugita, Y. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3438-3439
37. Sayadi, M.; Tanizaki, S.; Feig, M. Biophys. J. 2010, 98, 805-814
38. Zhang, Y. H.; Feller, S. E.; Brooks, B. R.; Pastor, R. W. J. Chem. Phys. 1995, 103, 10252-10266
39. Israelachvili, J. N.; Mitchell, D. J.; Ninham, B. W. Biochim. Biophys. Acta 1977, 470, 185-201
40. Jähnig, F. Biophys. J. 1996, 71, 1348-1349
41. Butler, P. J.; Tsou, T. C.; Li, J. Y. S.; Usami, S.; Chien, S. FASEB J. 2001, 15, 216-218
42. Butler, P. J.; Norwich, G.; Weinbaum, S.; Chien, S. Am. J. Physiol.-Cell Physiol. 2001, 280, C962-C969
43. Nagle, J. F.; Tristram-Nagle, S. Biochim. Biophys. Acta 2000, 1469, 159-195
44. Mori, Y.; Okamoto, Y. J. Phys. Soc. Jpn. 2010, 79, 074001
45. Martyna, G. J.; Tobias, D. J.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1994, 101, 4177-4189
46. Feller, S. E.; Zhang, Y. H.; Pastor, R. W.; Brooks, B. R. J. Chem. Phys. 1995, 103, 4613-4621
47. Quigley, D.; Probert, M. I. J. J. Chem. Phys. 2004, 120, 11432-11441
48. Ferrenberg, A. M.; Swendsen, R. H. Phys. Rev. Lett. 1988, 61, 2635-2638
49. Kumar, S.; Bouzida, D.; Swendsen, R. H.; Kollman, P. A.; Rosenberg, J. M. J. Comput. Chem. 1992, 13, 1011-1021
50. Jo, S.; Kim, T.; Im, W. PLoS One 2007, 2, e880
51. Klauda, J. B.; Venable, R. M.; Freites, J. A.; O'Connor, J. W.; Tobias, D. J.; Mondragon-Ramirez, C.; Vorobyov, I.; MacKerell, A. D., Jr.; Pastor, R. W. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 7830-7843
52. Brünger, A.; Brooks, C. L., III; Karplus, M. Chem. Phys. Lett. 1984, 105, 495-500
53. Loncharich, R. J.; Brooks, B. R.; Pastor, R. W. Biopolymers 1992, 32, 523-535
54. Ryckaert, J. P.; Ciccotti, G.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Phys. 1977, 23, 327-341
55. Miyamoto, S.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1992, 13, 952-962
56. Essmann, U.; Perera, L.; Berkowitz, M. L.; Darden, T.; Lee, H.; Pedersen, L. G. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8577-8593
57. Jung, J.; Mori, T.; Sugita, Y. J. Comput. Chem. 2013, 34, 2412-2420
58. Jung, J.; Mori, T.; Kobayashi, C.; Imai, T.; Yoda, T.; Matsunaga, Y.; Galvelis, R.; Nishima, W.; Harada, R.; Miyashita, N.; Karino, Y.; Sugita, Y. Manuscript in preparation.
59. Weiss, T. M.; van der Wel, P. C. A.; Killian, J. A.; Koeppe, R. E.; Huang, H. W. Biophys. J. 2003, 84, 379-385
60. 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.; 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.; Wiórkiewicz-Kuczera, J.; Yin, D.; Karplus, M. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3586-3616
61. MacKerell, A. D., Jr.; Feig, M.; Brooks, C. L., III. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1400-1415
62. Shinoda, W.; Okazaki, S. J. Chem. Phys. 1998, 109, 1517-1521
63. Mori, T.; Ogushi, F.; Sugita, Y. J. Comput. Chem. 2012, 33, 286-293
64. Klauda, J. B.; Brooks, B. R.; Pastor, R. W. J. Chem. Phys. 2006, 125, 144710
65. Sheats, J. R.; McConnell, H. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1978, 75, 4661-4663
66. Aneźo, C.; de Vries, A. H.; Höltje, H. D.; Tieleman, D. P.; Marrink, S. J. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 9424-9433
67. Galla, H. J.; Hartmann, W.; Theilen, U.; Sackmann, E. J. Membr. Biol. 1979, 48, 215-236
68. Muddana, H. S.; Gullapalli, R. R.; Manias, E.; Butler, P. J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 1368-1378
69. Reddy, A. S.; Warshaviak, D. T.; Chachisvilis, M. Biochim. Biophys. Acta 2012, 1818, 2271-2281
70. Klauda, J. B.; Roberts, M. F.; Redfield, A. G.; Brooks, B. R.; Pastor, R. W. Biophys. J. 2008, 94, 3074-3083
71. Kim, T.; Im, W. Biophys. J. 2010, 99, 175-183
72. Wang, Y.; Markwick, P. R. L.; de Oliveira, C. A. F.; McCammon, J. A. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 3199-3207
73. Sukharev, S.; Betanzos, M.; Chiang, C. S.; Guy, H. R. Nature 2001, 409, 720-724
74. Tsukazaki, T.; Mori, H.; Fukai, S.; Ishitani, R.; Mori, T.; Dohmae, N.; Perederina, A.; Sugita, Y.; Vassylyev, D. G.; Ito, K.; Nureki, O. Nature 2008, 455, 988-992
75. Mori, T.; Ishitani, R.; Tsukazaki, T.; Nureki, O.; Sugita, Y. Biochemistry 2010, 49, 945-950
76. Ikeguchi, M. J. Comput. Chem. 2004, 25, 529-541