Current and emerging opportunities for molecular simulations in structure-based drug design

Physical Chemistry Chemical Physics

Volumn 16, Issue 10, 2014, Pages 4465-4477

  Michel, Julien ^a  

^a UNIVERSITY OF EDINBURGH   (United Kingdom)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

LIGAND; PROTEIN;

ARTICLE; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; COMPUTER AIDED DESIGN; DRUG DESIGN; ENTROPY; HUMAN; METABOLISM; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE; PROTEIN CONFORMATION; X RAY CRYSTALLOGRAPHY;

COMPUTER-AIDED DESIGN; CRYSTALLOGRAPHY, X-RAY; DRUG DESIGN; ENTROPY; HUMANS; LIGANDS; MODELS, MOLECULAR; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE, BIOMOLECULAR; PROTEIN CONFORMATION; PROTEINS;

EID: 84894152157     PISSN: 14639076     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c3cp54164a     Document Type: Article

References (140)

1. W. L. Jorgensen Science 2004 303 1813 1818
2. J. H. Van Drie J. Comput. Aided Mol. Des. 2007 21 591 601
3. M. R. Shirts, D. L. Mobley and S. P. Brown, Drug design: structure- and ligand-based approaches, Cambridge University Press, 2010
4. D. L. Mobley K. A. Dill Structure 2009 17 489 498
5. J. A. McCammon B. R. Gelin M. Karplus Nature 1977 267 585 590
6. R. O. Dror, R. M. Dirks, J. P. Grossman, H. F. Xu and D. E. Shaw, in Annual Review of Biophysics, ed., D. C. Rees, 2012, vol. 41, pp. 429-452
7. T. J. Lane D. Shukla K. A. Beauchamp V. S. Pande Curr. Opin. Struct. Biol. 2013 23 58 65
8. D. Xu, M. J. Williamson and R. C. Walker, in Annual Reports in Computational Chemistry, ed., R. A. Wheeler, 2010, vol. 6, pp. 3-19
9. M. R. Shirts, in Computational Drug Discovery and Design, ed., R. Baron, 2012, vol. 819, pp. 425-467
10. E. Gallicchio R. M. Levy Curr. Opin. Struct. Biol. 2011 21 161 166
11. J. D. Chodera D. L. Mobley M. R. Shirts R. W. Dixon K. Branson V. S. Pande Curr. Opin. Struct. Biol. 2011 21 150 160
12. A. Pohorille C. Jarzynski C. Chipot J. Phys. Chem. B 2010 114 10235 10253
13. J. Michel N. Foloppe J. W. Essex Mol. Inf. 2010 29 570 578
14. J. Michel J. W. Essex J. Comput. Aided Mol. Des. 2010 24 639 658
15. H. X. Zhou M. K. Gilson Chem. Rev. 2009 109 4092 4107
16. Y. Patel V. J. Gillet T. Howe J. Pastor J. Oyarzabal P. Willettt J. Med. Chem. 2008 51 7552 7562
17. B. Baum L. Muley M. Smolinski A. Heine D. Hangauer G. Klebe J. Mol. Biol. 2010 397 1042 1054
18. A. Biela M. Betz A. Heine G. Klebe ChemMedChem 2012 7 1423 1434
19. T. Young R. Abel B. Kim B. J. Berne R. A. Friesner Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007 104 808 813
20. R. Abel T. Young R. Farid B. J. Berne R. A. Friesner J. Am. Chem. Soc. 2008 130 2817 2831
21. T. Lazaridis J. Phys. Chem. B 1998 102 3531 3541
22. T. Lazaridis J. Phys. Chem. B 1998 102 3542 3550
23. T. Lazaridis J. Phys. Chem. B 2000 104 4964 4979
24. G. Cui J. M. Swails E. S. Manas J. Chem. Theory Comput. 2013 9 5539 5549
25. C. N. Nguyen T. K. Young M. K. Gilson J. Chem. Phys. 2012 137 044101
26. G. Gerogiokas G. Calabro R. H. Henchman M. W. Y. Southey R. J. Law J. Michel J. Chem. Theory Comput. 2014 10 35 48
27. J. Michel J. Tirado-Rives W. L. Jorgensen J. Phys. Chem. B 2009 113 13337 13346
28. H. J. Woo A. R. Dinner B. Roux J. Chem. Phys. 2004 121 6392 6400
29. D. J. Sindhikara N. Yoshida F. Hirata J. Comput. Chem. 2012 33 1536 1543
30. D. J. Huggins B. Tidor Protein Eng., Des. Sel. 2011 24 777 789
31. G. A. Ross G. M. Morris P. C. Biggin PLoS One 2012 7 e32036
32. P. W. Snyder J. Mecinovic D. T. Moustakas S. W. Thomas M. Harder E. T. Mack M. R. Lockett A. Heroux W. Sherman G. M. Whitesides Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2011 108 17889 17894
33. B. Breiten M. R. Lockett W. Sherman S. Fujita M. Al-Sayah H. Lange C. M. Bowers A. Heroux G. Krilov G. M. Whitesides J. Am. Chem. Soc. 2013 135 15579 15584
34. P. Czodrowski C. A. Sotriffer G. Klebe J. Mol. Biol. 2007 367 1347 1356
35. M. Petukh S. Stefl E. Alexov Curr. Pharm. Des. 2013 19 4182 4190
36. A. M. Baptista V. H. Teixeira C. M. Soares J. Chem. Phys. 2002 117 4184 4200
37. Y. L. Meng A. E. Roitberg J. Chem. Theory Comput. 2010 6 1401 1412
38. S. Donnini F. Tegeler G. Groenhof H. Grubmuller J. Chem. Theory Comput. 2011 7 1962 1978
39. J. A. Wallace J. K. Shen J. Chem. Theory Comput. 2011 7 2617 2629
40. A. S. Thomas A. H. Elcock J. Am. Chem. Soc. 2007 129 14887 14898
41. C. T. Andrews A. H. Elcock J. Chem. Theory Comput. 2013 9 4585 4602
42. S. R. McGuffee A. H. Elcock PLoS Comput. Biol. 2010 6 e1000694
43. C. Peter C. Oostenbrink A. van Dorp W. F. van Gunsteren J. Chem. Phys. 2004 120 2652 2661
44. M. Karplus J. N. Kushick Macromolecules 1981 14 325 332
45. J. Schlitter Chem. Phys. Lett. 1993 215 617 621
46. F. Reinhard H. Grubmuller J. Chem. Phys. 2007 126 014102
47. R. H. Henchman J. Chem. Phys. 2007 126 064504
48. B. J. Killian J. Y. Kravitz M. K. Gilson J. Chem. Phys. 2007 127 024107
49. B. J. Killian J. Y. Kravitz S. Somani P. Dasgupta Y. P. Pang M. K. Gilson J. Mol. Biol. 2009 389 315 335
50. S. Genheden U. Ryde Phys. Chem. Chem. Phys. 2012 14 8662 8677
51. D. W. Li S. A. Showalter R. Bruschweiler J. Phys. Chem. B 2010 114 16036 16044
52. R. Baron P. H. Hunenberger J. A. McCammon J. Chem. Theory Comput. 2009 5 3150 3160
53. B. M. King N. W. Silver B. Tidor J. Phys. Chem. B 2012 116 2891 2904
54. A. Di Nola H. J. C. Berendsen O. Edholm Macromolecules 1984 17 2044 2050
55. K. W. Harpole K. A. Sharp J. Phys. Chem. B 2011 115 9461 9472
56. P. Hunenberger and M. Reif, Single-Ion Solvation: Experimental and Theoretical Approaches to Elusive Thermodynamic Quantities, 2011, pp. 1-664
57. M. A. Kastenholz P. H. Hunenberger J. Chem. Phys. 2006 124 224501
58. M. M. Reif P. H. Hunenberger J. Chem. Phys. 2011 134 144104
59. G. J. Rocklin D. L. Mobley K. A. Dill P. H. Hunenberger J. Chem. Phys. 2013 139 184103
60. M. Reif C. Oostenbrink J. Comput. Chem. 2014 35 227 243
61. P. E. M. Lopes B. Roux A. D. MacKerell Theor. Chem. Acc. 2009 124 11 28
62. V. M. Anisimov G. Lamoureux I. V. Vorobyov N. Huang B. Roux A. D. MacKerell J. Chem. Theory Comput. 2005 1 153 168
63. J. W. Ponder C. J. Wu P. Y. Ren V. S. Pande J. D. Chodera M. J. Schnieders I. Haque D. L. Mobley D. S. Lambrecht R. A. DiStasio M. Head-Gordon G. N. I. Clark M. E. Johnson T. Head-Gordon J. Phys. Chem. B 2010 114 2549 2564
64. A. G. Donchev V. D. Ozrin M. V. Subbotin O. V. Tarasov V. I. Tarasov Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005 102 7829 7834
65. A. Grossfield P. Y. Ren J. W. Ponder J. Am. Chem. Soc. 2003 125 15671 15682
66. D. Jiao P. A. Golubkov T. A. Darden P. Ren Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 6290 6295
67. D. Jiao J. J. Zhang R. E. Duke G. H. Li M. J. Schnieders P. Y. Ren J. Comput. Chem. 2009 30 1701 1711
68. O. Khoruzhii A. G. Donchev N. Galkin A. Illarionov M. Olevanov V. Ozrin C. Queen V. Tarasov Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 10378 10383
69. F. Grater S. M. Schwarzl A. Dejaegere S. Fischer J. C. Smith J. Phys. Chem. B 2005 109 10474 10483
70. F. R. Beierlein J. Michel J. W. Essex J. Phys. Chem. B 2011 115 4911 4926
71. J. C. Faver M. L. Benson X. He B. P. Roberts B. Wang M. S. Marshall M. R. Kennedy C. D. Sherrill K. M. Merz, Jr. J. Chem. Theory Comput. 2011 7 790 797
72. S. Grimme Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci. 2011 1 211 228
73. J. Antony S. Grimme D. G. Liakos F. Neese J. Phys. Chem. A 2011 115 11210 11220
74. R. P. Muller A. Warshel J. Phys. Chem. 1995 99 17516 17524
75. Y. K. Zhang H. Y. Liu W. T. Yang J. Chem. Phys. 2000 112 3483 3492
76. J. Heimdal U. Ryde Phys. Chem. Chem. Phys. 2012 14 12592 12604
77. I. Polyak T. Benighaus E. Boulanger W. Thiel J. Chem. Phys. 2013 139 064105
78. C. J. Woods F. R. Manby A. J. Mulholland J. Chem. Phys. 2008 128 014109
79. S. J. Fox C. Pittock C. S. Tautermann T. Fox C. Christ N. O. J. Malcolm J. W. Essex C. K. Skylaris J. Phys. Chem. B 2013 117 9478 9485
80. D. Flaig M. Beer C. Ochsenfeld J. Chem. Theory Comput. 2012 8 2260 2271
81. K. Meier W. Thiel W. F. van Gunsteren J. Comput. Chem. 2012 33 363 378
82. L. Hu P. Soederhjelm U. Ryde J. Chem. Theory Comput. 2011 7 761 777
83. O. Carugo D. Bordo Acta Crystallogr., Sect. D: Biol. Crystallogr. 1999 55 479 483
84. J. Qvist M. Davidovic D. Hamelberg B. Halle Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 6296 6301
85. D. S. Cerutti P. L. Freddolino R. E. Duke D. A. Case J. Phys. Chem. B 2010 114 12811 12824
86. P. A. Janowski D. S. Cerutti J. Holton D. A. Case J. Am. Chem. Soc. 2013 135 7938 7948
87. I. Bertini D. A. Case L. Ferella A. Giachetti A. Rosato Bioinformatics 2011 27 2384 2390
88. C. Camilloni A. Cavalli M. Vendruscolo J. Phys. Chem. B 2013 117 1838 1843
89. Y. Shen A. Bax J. Biomol. NMR 2010 48 13 22
90. K. J. Kohlhoff P. Robustelli A. Cavalli X. Salvatella M. Vendruscolo J. Am. Chem. Soc. 2009 131 13894 13895
91. X. He B. Wang K. M. Merz J. Phys. Chem. B 2009 113 10380 10388
92. D. Gonzalez-Ruiz H. Gohlke J. Chem. Inf. Model. 2009 49 2260 2271
93. A. De Simone M. Gustavsson R. W. Montalvao L. Shi G. Veglia M. Vendruscolo Biochemistry 2013 52 6684 6694
94. J. Michel R. Cuchillo PLoS One 2012 7 e41070
95. M. W. Freyer and E. A. Lewis, in Biophysical Tools for Biologists: Vol 1 in Vitro Techniques, ed., J. J. Correia, and, H. W. Detrich, 2008, vol. 84, pp. 79-113
96. E. Freire Drug Discovery Today 2008 13 869 874
97. G. G. Ferenczy G. M. Keseru Drug Discovery Today 2010 15 919 932
98. J. D. Chodera and D. L. Mobley, in Annual Review of Biophysics, ed., K. A. Dill, 2013, vol. 42, pp. 121-142
99. A. Cornish-Bowden J. Biosci. 2002 27 121 126
100. T. S. G. Olsson J. E. Ladbury W. R. Pitt M. A. Williams Protein Sci. 2011 20 1607 1618
101. A. T. Fenley H. S. Muddana M. K. Gilson Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012 109 20006 20011
102. J. D. Dunitz Science 1994 264 670
103. J. Michel J. Tirado-Rives W. L. Jorgensen J. Am. Chem. Soc. 2009 131 15403 15411
104. Z. Li T. Lazaridis Phys. Chem. Chem. Phys. 2007 9 573 581
105. A. Biela N. N. Nasief M. Betz A. Heine D. Hangauer G. Klebe Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 1822 1828
106. S. A. Showalter L. Bruschweiler-Li E. Johnson F. Zhang R. Bruschweiler J. Am. Chem. Soc. 2008 130 6472 6478
107. K. Michelsen J. B. Jordan J. Lewis A. M. Long E. Yang Y. Rew J. Zhou P. Yakowec P. D. Schnier X. Huang L. Poppe J. Am. Chem. Soc. 2012 134 17059 17067
108. R. V. Mauldin M. J. Carroll A. L. Lee Structure 2009 17 386 394
109. C. Diehl O. Engstrom T. Delaine M. Hakansson S. Genheden K. Modig H. Leffler U. Ryde U. J. Nilsson M. Akke J. Am. Chem. Soc. 2010 132 14577 14589
110. A. Crespo A. Fernandez Mol. Pharmaceutics. 2008 5 430 437
111. J. Tirado-Rives W. L. Jorgensen J. Med. Chem. 2006 49 5880 5884
112. C. S. Leung S. S. F. Leung J. Tirado-Rives W. L. Jorgensen J. Med. Chem. 2012 55 4489 4500
113. J. E. DeLorbe J. H. Clements M. G. Teresk A. P. Benfield H. R. Plake L. E. Millspaugh S. F. Martin J. Am. Chem. Soc. 2009 131 16758 16770
114. Y. Shi C. Z. Zhu S. F. Martin P. Y. Ren J. Phys. Chem. B 2012 116 1716 1727
115. J. H. Lin A. L. Perryman J. R. Schames J. A. McCammon J. Am. Chem. Soc. 2002 124 5632 5633
116. J. R. Schames R. H. Henchman J. S. Siegel C. A. Sotriffer H. H. Ni J. A. McCammon J. Med. Chem. 2004 47 1879 1881
117. D. J. Hazuda N. J. Anthony R. P. Gomez S. M. Jolly J. S. Wai L. H. Zhuang T. E. Fisher M. Embrey J. P. Guare M. S. Egbertson J. P. Vacca J. R. Huff P. J. Felock M. V. Witmer K. A. Stillmock R. Danovich J. Grobler M. D. Miller A. S. Espeseth L. X. Jin I. W. Chen J. H. Lin K. Kassahun J. D. Ellis B. K. Wong W. Xu P. G. Pearson W. A. Schleif R. Cortese E. Emini V. Summa M. K. Holloway S. D. Young Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2004 101 11233 11238
118. C. D. Wassman R. Baronio O. Demir B. D. Wallentine C. K. Chen L. V. Hall F. Salehi D. W. Lin B. P. Chung G. W. Hatfield A. R. Chamberlin H. Luecke R. H. Lathrop P. Kaiser R. E. Amaro Nat. Commun. 2013 4 1407
119. A. N. Bullock A. Fersht Nat. Rev. Cancer 2001 1 68 76
120. J. L. Kaar N. Basse A. C. Joerger E. Stephens T. J. Rutherford A. R. Fersht Protein Sci. 2010 19 2267 2278
121. P. Schmidtke X. Barril J. Med. Chem. 2010 53 5858 5867
122. B. Erman Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2013 81 1097 1101
123. A. Pandini A. Fornili F. Fraternali J. Kleinjung FASEB J. 2012 26 868 881
124. C. L. McClendon G. Friedland D. L. Mobley H. Amirkhani M. P. Jacobson J. Chem. Theory Comput. 2009 5 2486 2502
125. C. L. McClendon L. Hua G. Barreiro M. P. Jacobson J. Chem. Theory Comput. 2012 8 2115 2126
126. M. Zhu A. De Simone D. Schenk G. Toth C. M. Dobson M. Vendruscolo J. Chem. Phys. 2013 139 035101
127. J. Besnard G. F. Ruda V. Setola K. Abecassis R. M. Rodriguiz X. P. Huang S. Norval M. F. Sassano A. I. Shin L. A. Webster F. R. C. Simeons L. Stojanovski A. Prat N. G. Seidah D. B. Constam G. R. Bickerton K. D. Read W. C. Wetsel I. H. Gilbert B. L. Roth A. L. Hopkins Nature 2012 492 215 220
128. J. C. Faver W. Yang K. M. Merz J. Chem. Theory Comput. 2012 8 3769 3776
129. B. Kuhn P. Gerber T. Schulz-Gasch M. Stahl J. Med. Chem. 2005 48 4040 4048
130. W. L. Jorgensen Acc. Chem. Res. 2009 42 724 733
131. N. Homeyer H. Gohlke J. Comput. Chem. 2013 34 965 973
132. S. Liu Y. Wu T. Lin R. Abel J. P. Redmann C. M. Summa V. R. Jaber N. M. Lim D. L. Mobley J. Comput. Aided Mol. Des. 2013 27 755 770
133. C. Christ T. Fox J. Chem. Inf. Model. 10.1021/ci4004199
134. J. Michel M. L. Verdonk J. W. Essex J. Chem. Theory Comput. 2007 3 1645 1655
135. J. Michel J. W. Essex J. Med. Chem. 2008 51 6654 6664
136. H. L. Silvestre T. L. Blundell C. Abell A. Ciulli Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013 110 12984 12989
137. M. Orsi J. W. Essex Soft Matter 2010 6 3797 3808
138. M. L. Hall W. L. Jorgensen L. Whitehead J. Chem. Inf. Model. 2013 53 907 922
139. J. Olah A. J. Mulholland J. N. Harvey Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2011 108 6050 6055
140. R. Cuchillo J. Michel Biochem. Soc. Trans. 2012 40 1004 1008