Simulating current-voltage relationships for a narrow ion channel using the weighted ensemble method

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 11, Issue 4, 2015, Pages 1907-1918

  Adelman, Joshua L ^a   Grabe, Michael ^b  

^a UNIVERSITY OF PITTSBURGH   (United States)

^b UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ION; ION CHANNEL;

CHEMISTRY; MOLECULAR DYNAMICS;

ION CHANNELS; IONS; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION;

EID: 84927750145     PISSN: 15499618     EISSN: 15499626     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct501134s     Document Type: Article

References (77)

1. Hille, B. Ion channels of excitable membranes, 3 rd ed.; Sinauer: Sunderland, MA, 2001.
2. Doyle, D. A.; Morais Cabral, J.; Pfuetzner, R. A.; Kuo, A.; Gulbis, J. M.; Cohen, S. L.; Chait, B. T.; MacKinnon, R. Science 1998, 280, 69-77
3. Roux, B. Biophys. J. 2008, 95, 4205-4216
4. Gumbart, J.; Khalili-Araghi, F.; Sotomayor, M.; Roux, B. Biochim. Biophys. Acta 2012, 1818, 294-302
5. Kutzner, C.; Grubmüller, H.; de Groot, B. L.; Zachariae, U. Biophys. J. 2011, 101, 809-817
6. Khalili-Araghi, F.; Ziervogel, B.; Gumbart, J. C.; Roux, B. J. Gen. Physiol. 2013, 142, 465-475
7. Crozier, P. S.; Henderson, D.; Rowley, R. L.; Busath, D. D. Biophys. J. 2001, 81, 3077-3089
8. Aksimentiev, A.; Schulten, K. Biophys. J. 2005, 88, 3745-3761
9. Sotomayor, M.; Vásquez, V.; Perozo, E.; Schulten, K. Biophys. J. 2007, 92, 886-902
10. Pezeshki, S.; Chimerel, C.; Bessonov, A. N.; Winterhalter, M.; Kleinekathöfer, U. Biophys. J. 2009, 97, 1898-1906
11. Rui, H.; Lee, K. I.; Pastor, R. W.; Im, W. Biophys. J. 2011, 100, 602-610
12. Choudhary, O. P.; Paz, A.; Adelman, J. L.; Colletier, J.-P.; Abramson, J.; Grabe, M. Nat. Struct. Mol. Biol. 2014, 21, 626-632
13. Jensen, M. Ø; Borhani, D. W.; Lindorff-Larsen, K.; Maragakis, P.; Jogini, V.; Eastwood, M. P.; Dror, R. O.; Shaw, D. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 5833-5838
14. Jensen, M. Ø; Jogini, V.; Eastwood, M. P.; Shaw, D. E. J. Gen. Physiol. 2013, 141, 619-632
15. Ulmschneider, M. B.; Bagnéris, C.; McCusker, E. C.; Decaen, P. G.; Delling, M.; Clapham, D. E.; Ulmschneider, J. P.; Wallace, B. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2013, 110, 6364-6369
16. Köpfer, D. A.; Song, C.; Gruene, T.; Sheldrick, G. M.; Zachariae, U.; de Groot, B. L. Science 2014, 346, 352-355
17. 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.; Spengler, J.; Theobald, M.; Towles, B.; Wang, S. C. Commun. A.C.M 2008, 51, 91-97
18. Chung, S. H.; Hoyles, M.; Allen, T.; Kuyucak, S. Biophys. J. 1998, 75, 793-809
19. Chung, S. H.; Allen, T. W.; Hoyles, M.; Kuyucak, S. Biophys. J. 1999, 77, 2517-2533
20. Kurnikova, M. G.; Coalson, R. D.; Graf, P.; Nitzan, A. Biophys. J. 1999, 76, 642-656
21. Im, W.; Seefeld, S.; Roux, B. Biophys. J. 2000, 79, 788-801
22. Corry, B.; Kuyucak, S.; Chung, S. H. Biophys. J. 2000, 78, 2364-2381
23. Cárdenas, A. E.; Coalson, R. D.; Kurnikova, M. G. Biophys. J. 2000, 79, 80-93
24. Hollerbach, U.; Chen, D. P.; Busath, D. D.; Eisenberg, B. Langmuir 2000, 16, 5509-5514
25. Aqvist, J.; Luzhkov, V. Nature 2000, 404, 881-884
26. Bernèche, S.; Roux, B. Nature 2001, 414, 73-77
27. Bernèche, S.; Roux, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 8644-8648
28. Allen, T. W.; Andersen, O. S.; Roux, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 117-122
29. Allen, T. W.; Andersen, O. S.; Roux, B. Biophys. J. 2006, 90, 3447-3468
30. Allen, T. W.; Andersen, O. S.; Roux, B. Biophys Chem. 2006, 124, 251-267
31. Furini, S.; Domene, C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 16074-16077
32. Kim, I.; Allen, T. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011, 108, 17963-17968
33. Furini, S.; Domene, C. PLoS Comput. Biol. 2012, 8, e1002476
34. Corry, B.; Thomas, M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1840-1846
35. Fowler, P. W.; Abad, E.; Beckstein, O.; Sansom, M. S. P. J. Chem. Theory Comput. 2013, 9, 5176-5189
36. Schumaker, M. F.; Pomès, R.; Roux, B. Biophys. J. 2000, 79, 2840-2857
37. Zhu, F.; Hummer, G. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 3759-3768
38. Wilson, M. A.; Nguyen, T. H.; Pohorille, A. J. Chem. Phys. 2014, 141, 22D519
39. Song, C.; Corry, B. PLoS One 2011, 6, e21204
40. Huber, G. A.; Kim, S. Biophys. J. 1996, 70, 97-110
41. Zhang, B. W.; Jasnow, D.; Zuckerman, D. M. J. Chem. Phys. 2010, 132, 054107
42. Bhatt, D.; Zhang, B. W.; Zuckerman, D. M. J. Chem. Phys. 2010, 133, 014110
43. Suárez, E.; Lettieri, S.; Zwier, M. C.; Stringer, C. A.; Subramanian, S. R.; Chong, L. T.; Zuckerman, D. M. J. Chem. Theory Comput. 2014, 10, 2658-2667
44. Faradjian, A. K.; Elber, R. J. Chem. Phys. 2004, 120, 10880-10889
45. van Erp, T. S.; Moroni, D.; Bolhuis, P. G. J. Chem. Phys. 2003, 118, 7762-7774
46. Allen, R. J.; Warren, P. B.; Ten Wolde, P. R. Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 018104
47. Cardenas, A. E.; Elber, R. Mol. Phys. 2013, 111, 3565-3578
48. Cardenas, A. E.; Elber, R. J. Chem. Phys. 2014, 141, 054101
49. Zwier, M.; Kaus, J.; Chong, L. J. Chem. Theory Comput 2011, 7, 1189-1197
50. Adelman, J. L.; Grabe, M. J. Chem. Phys. 2013, 138, 044105
51. Darve, E.; Ryu, E. Innovations in Biomolecular Modeling and Simulations; The Royal Society of Chemistry, 2012; Vol. 1, pp 138-206.
52. Dickson, A.; Warmflash, A.; Dinner, A. R. J. Chem. Phys. 2009, 131, 154104
53. Adelman, J. L.; Dale, A. L.; Zwier, M. C.; Bhatt, D.; Chong, L. T.; Zuckerman, D. M.; Grabe, M. Biophys. J. 2011, 101, 2399-2407
54. Crozier, P. S.; Rowley, R. L.; Holladay, N. B.; Henderson, D.; Busath, D. D. Phys. Rev. Lett. 2001, 86, 2467-2470
55. Berendsen, H.; Grigera, J.; Straatsma, T. J. Phys. Chem. 1987, 91, 6269-6271
56. Spohr, E. Electrochim. Acta 1999, 44, 1697-1705
57. Martínez, L.; Andrade, R.; Birgin, E. G.; Martínez, J. M. J. Comput. Chem. 2009, 30, 2157-2164
58. Hess, B.; Kutzner, C.; Van Der Spoel, D.; Lindahl, E. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 435-447
59. Pronk, S.; Páll, S.; Schulz, R.; Larsson, P.; Bjelkmar, P.; Apostolov, R.; Shirts, M. R.; Smith, J. C.; Kasson, P. M.; van der Spoel, D.; Hess, B.; Lindahl, E. Bioinformatics 2013, 29, 845-854
60. Bussi, G.; Donadio, D.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 2007, 126, 014101
61. Essmann, U.; Perera, L.; Berkowitz, M. L.; Darden, T.; Lee, H.; Pedersen, L. G. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8577-8593
62. Miyamoto, S.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1992, 13, 952-962
63. Zwier, M. C.; Adelman, J. L.; Kaus, J. W.; Pratt, A. J.; Wong, K. F.; Rego, N. B.; Suárez, E.; Lettieri, S.; Wang, D. W.; Grabe, M.; Zuckerman, D. M.; Chong, L. T. J. Chem. Theory Comput. 2015, 11, 800-809
64. Ensign, D. L.; Pande, V. S. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 12410-12423
65. Rubin, D. B. Annals of Statistics 1981, 9, 130-134
66. Chodera, J. D.; Swope, W. C.; Pitera, J. W.; Seok, C.; Dill, K. A. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 26-41
67. Shirts, M. R.; Chodera, J. D. J. Chem. Phys. 2008, 129, 124105
68. Noskov, S. Y.; Bernèche, S.; Roux, B. Nature 2004, 431, 830-834
69. Ostmeyer, J.; Chakrapani, S.; Pan, A. C.; Perozo, E.; Roux, B. Nature 2013, 501, 121-124
70. Chakrabarti, N.; Ing, C.; Payandeh, J.; Zheng, N.; Catterall, W. A.; Pomès, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2013, 110, 11331-11336
71. Boiteux, C.; Vorobyov, I.; Allen, T. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2014, 111, 3454-3459
72. Mobley, D. L. J. Comput.-Aided Mol. Des. 2012, 26, 93-95
73. Romo, T. D.; Grossfield, A. Biophys. J. 2014, 106, 1553-1554
74. Ingólfsson, H. I.; Li, Y.; Vostrikov, V. V.; Gu, H.; Hinton, J. F.; Koeppe, R. E., 2nd; Roux, B.; Andersen, O. S. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 7417-7426
75. Noé, F.; Schütte, C.; Vanden-Eijnden, E.; Reich, L.; Weikl, T. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 19011-19016
76. Köhler, M.; Hirschberg, B.; Bond, C. T.; Kinzie, J. M.; Marrion, N. V.; Maylie, J.; Adelman, J. P. Science 1996, 273, 1709-1714
77. Prakriya, M.; Lewis, R. S. Cell Calcium 2003, 33, 311-321