HyRes: a coarse-grained model for multi-scale enhanced sampling of disordered protein conformations

文献情報

出版日 2017-11-14
DOI 10.1039/C7CP06736D
インパクトファクター 3.676
著者

Xiaorong Liu


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要旨

Efficient coarse-grained (CG) models can be coupled with atomistic force fields to accelerate the sampling of atomistic energy landscapes in the multi-scale enhanced sampling (MSES) framework. This approach may be particularly suitable for generating atomistic conformational ensembles of intrinsically disordered proteins (IDPs). While MSES is relatively robust to inherent CG artifacts, achieving optimal sampling efficiency requires CG modeling to generate the local and long-range fluctuations that are largely consistent with those at the atomistic level. Here, we describe a new hybrid resolution CG model (HyRes) for MSES simulations of disordered protein states, which is specifically designed to provide semi-quantitative secondary structure propensities together with a qualitative description of long-range nonspecific interactions. The HyRes model contains an atomistic description of the backbone with intermediate resolution side chains. The secondary structure propensities are tuned by adjusting the backbone hydrogen-bonding strength and the ϕ/ψ torsion profile. The sizes and covalent geometries of the side chains are parameterized to reproduce distributions derived from atomistic simulations. Lennard-Jones parameters for sidechain beads are assigned to reproduce statistical potentials derived from the protein structural database, and then globally parameterized with nonspecific electrostatic interactions to reproduce the free energy profiles of pair wise interactions and the key conformational properties of model peptides. Application of HyRes to MSES simulations of small IDPs suggests that it is capable of driving faster structural transitions at the atomistic level and increasing the convergence rate compared to the Cα-only Gō-like models previously utilized. With further optimization, we believe that the new CG model could greatly improve the efficiency of MSES simulations of the larger and more complex IDPs frequently involved in cellular signalling and regulation.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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