Lee, Juho;Kwon, Inchan;Cho, Art E.;Jang, Seung Soon
EDISON SW 활용 경진대회 논문집
/
제4회(2015년)
/
pp.14-23
/
2015
Alzheimer's disease is one of the most common types of degenerative dementia. As a considerable cause of Alzheimer's disease, neurotoxic plaques composed of 39 to 42 residue-long amyloid beta($A{\beta}$) fibrils have been found in the patient's brain in large quantity. A previous study found that erythrosine B (ER), a red color food dye approved by FDA, inhibits the formation of amyloid beta fibril structures. Here, in an attempt to elucidate the inhibition mechanism, we performed molecular dynamics simulations to demonstrate the conformational change of $A{\beta}40$ induced by 2 ERs in atomistic detail. During the simulation, the ERs bound to the surfaces of both N-terminus and C-terminus regions of $A{\beta}40$ rapidly. The observed stacking of the ERs and the aromatic side chains near the N-terminus region suggests a possible inhibition mechanism in which disturbing the inter-chain stacking of PHEs destabilizes beta-sheet enriched in amyloid beta fibrils. The bound ERs block water molecules and thereby help stabilizing alpha helical structure at the main chain of C-terminus and interrupt the formation of the salt-bridge ASP23-LYS28 at the same time. Our findings can help better understanding of the current and upcoming treatment studies for Alzheimer's disease by suggesting inhibition mechanism of ER on the conformational transition of $A{\beta}40$ at the molecular level.
한정된 미세공간에서의 제한확산(hindered diffusion)은 멤브레인 기공(pore)에서 입자들의 운동에 의해 결정되는 여과 메카니즘을 매우 미세한 수준에서 이해하는데 중요한 현상이다. 구형(spherical) 콜로이드 입자에 비해 보다 복잡한 형태(conformation)인 고분자사슬 구조를 갖는 다가전해질(polyelectrolyte)의 제한확산 거동에는 다양한 인자들이 관련되어 있기 때문에, 이론 접근은 물론 실험적 접근도 한층 어려운 것이 사실이다. 본 연구에서는, 슬릿형 미세기공에 한정되어 있는 단일한 다가전해질(single polyelectrolyte)에 coarse-grained bead spring model과 먼거리(long-range) 정전상호작용(electrostatic interaction)인 Debye-Huckel potential을 적용하여 분자시뮬레이션 기법인 브라운 동력학 모사를 수행하였다. 기공과 다가전해질 사슬(Polyelectrolyte chain)의 주어진 크기에서, 용액의 전해질 이온농도가 감소함에 따른 사슬의 신장(extension)효과는 제한확산계수를 감소시켰고, 기공 벽면의 하전성은 제한확산계수를 더욱 감소시켰다. 이는, 다가전해질 사슬(polyelectrolyte chain)의 입체적 장애(steric hindrance)와 함께 정전반발력이 미세기공에서의 확산이동을 억제함을 의미한다.
The microcystin is a cyclic heptapeptide from metabolites of cyanobacteria in the genera mycrocystis, anabaeba as a result of eutrophication. It has been known that microcystin-LR is a potent inhibitor of the catalytic subunits of protein phosphatase-1 (PP-1) as well as powerful tumor promoter. The active site of microcystin actually has two metal ions $Fe^{2+}/Zn^{2+}$ close to the nucleophilic portion of PP-1-microcystin complex. We report the isolation and purification of this microcystin-LR from cyanobacteria (blue-green algae) obtained from Daechung Dam in Chung-cheong Do, Korea. Microcystin-LR was extracted from solid-phase extraction (SPE) sample preparation using a CN cartridge. The cyanobacteria extract was purified to obtain microcystin-LR by HPLC method and identified by LC/MS. The detail structural studies that can elucidate the possible role of monovalent and divalent metal ions in PP-1-microcystin complexation were carried out by utilizing molecular dynamics. Conformational changes in metal binding for ligands were monitored by molecular dynamic computation and potential of mean force (PMF) using the method of the free energy perturbation. The microcystin-metal binding PMF simulation results exhibit that microcystin can have very stable binding free energy of -10.95 kcal/mol by adopting the $Mg^{2+}$ ion at broad geometrical distribution of $0.5{\sim}4.5{\AA}$, and show that the $K^+$ ion can form a stable metal complex rather than other monovalent alkali metal ions.
Structural properties of a small hexapeptide molecule modeled after metal-binding siderochrome immersed in a room-temperature ionic liquid (RTIL) are studied via molecular dynamics simulations. We consider two different RTILs, each of which is made up of the same cationic species, 1-butyl-3-methylimidazolium ($BMI^+$), but different anions, hexafluorophosphate ($PF_6{^-}$) and chloride ($Cl^-$). We investigate how anionic properties such as hydrophobicity/hydrophilicity or hydrogen bonding capability affect the stabilization of the peptide in RTILs. To examine the effect of peptide-RTIL electrostatic interactions on solvation, we also consider a hypothetical solvent $BMI^0Cl^0$, a non-ionic counter-part of $BMI^+Cl^-$. For reference, we investigate solvation structures in common polar solvents, water and dimethylsulfoxide (DMSO). Comparison of $BMI^+Cl^-$ and $BMI^0Cl^0$ shows that electrostatic interactions of the peptide and RTIL play a significant role in the conformational fluctuation of the peptide. For example, strong electrostatic interactions between the two favor an extended conformation of the peptide by reducing its structural fluctuations. The hydrophobicity/hydrophilicity of RTIL anions also exerts a notable influence; specifically, structural fluctuations of the peptide become reduced in more hydrophilic $BMI^+Cl^-$, compared with those in more hydrophobic $BMI^+PF_6{^-}$. This is ascribed to the good hydrogen-bond accepting power of chloride anions, which enables them to bind strongly to hydroxyl groups of the peptide and to stabilize its structure. Transport properties of the peptide are examined briefly. Translations of the peptide significantly slow down in highly viscous RTILs.
Amyloid peptide (A${\beta}$) is the major component of senile plaques found in the brain of patient of Alzheimer's disease. ${\beta}$-amyloid peptide (25-35) (A${\beta}$25-35) is biologically active fragment of A${\beta}$. The three-dimensional structure of A${\beta}$25-35 in aqueous solution with 50% (vol/vol) TFE determined by NMR spectroscopy previously adopts an ${\alpha}$-helical conformation from $Ala^{30}$ to $Met^{35}$. It has been proposed that A${\beta}$(25-35) exhibits pH- and concentration-dependent ${\alpha}-helix{\leftrightarrow}{\beta}$sheet transition. This conformational transition with concomitant peptide aggregation is a possible mechanism of plaque formation. Here, in order to gain more insight into the mechanism of ${\alpha}$-helix formation of A${\beta}$25-35 peptide by TFE, which particularly stabilizes ${\alpha}$-helical conformation, we studied the secondary-structural elements of A${\beta}$25-35 peptide by molecular dynamics simulations. Secondary structural elements determined from NMR spectroscopy in aqueous TFE solution are preserved during the MD simulation. TFE/water mixed solvent has reduced capacity for forming hydrogen bond to the peptide compared to pure water solvent. TFE allows A${\beta}$25-35 to form bifurcated hydrogen bonds to TFE as well as to residues in peptide itself. MD simulation in this study supports the notion that TFE can act as an ${\alpha}$-helical structure forming solvent.
Kim, Ji-Hun;Lee, Ki-Young;Park, Sung-Jean;Lee, Bong-Jin
한국자기공명학회논문지
/
제14권1호
/
pp.45-54
/
2010
HP1423 (Y1423_HELPY) is a conserved hypothetical protein from H. pylori strain 26695. However, Sequence Blast result indicates that HP1423 belongs to S4 (PF01479) superfamily. According to Pfam database, the S4 domain is a small domain consisting of 60-65 amino acid residues, that probably mediates binding to RNA. In this study, we report the sequence-specific backbone resonance assignment of HP1423, which has 84 amino acid residues. We could assign unambiguously about 88% of all $^{1}H_{N}$, $^{15}N$, $^{13}C_{\alpha}$, $^{13}C_{\beta}$ and $^{13}C=O$ resonances. We could not detect the resonances from residues 15-20, and disappearance of these peaks seems to be related with the intermediate-conformational exchange. These assigned NMR peaks of HP1423 can be used for studying the role of protein dynamics in millisecond timescale, and Protein-RNA binding.
In contrast to the pyrimidine (6-4)pyrimidone photoproduct [(6-4) adduct], its Dewar valence isomer (Dewar product) is low mutagenic and produces a broad range of mutations with a 42 % replicating error frequency. In order to determine the origin of the mutagenic property of the Dewar product, we used experimental NMR restraints and molecular dynamics to determine the solution structure of a Dewar·lesion DNA decamer duplex, which contains a mismatched base pair between the 3'-T residue and an opposed G residue. The 3'-T of the Dewar lesion forms stable hydrogen bonds with the opposite G residue. The helical bending and unwinding angles of the DW/GA duplex, however, are much higher than those of the DW/AA duplex. The stable hydrogen bonding of the G 15 residue does not increase the thermal stability of the overall helix. It also does not restore the distorted backbone conformation of the DNA helix that is caused by the forming of a Dewar lesion. These structural features implicate that no thermal stability, or conformational benefits of G over A opposite the 3'-T of the Dewar lesion, facilitate the preferential incorporation of an A. This is in accordance with the A rule during translesion replication and leads to the low frequent $3'-T{\rightarrow}C$ mutation at this site.
Control of polymer conformations in heterogeneous confinement plays an important role in natural and engineering processes. We present a simulation study on the conformational structure and dynamics of a single, flexible polymer in a dense array of nanoposts with different sizes and separations, especially, when the volume of the interstitial space formed between four nanoposts is less than the size of the polymer chain. When a polymer is placed in the array of nanoposts, the size of polymer increases compared with that in the absence of nanoposts due to the confinement effect. It is shown that when a polymer is confined in the array of nanoposts the chain is elongated in the direction parallel to the nanoposts. As the interstitial volume between four nanoposts decreases either by increasing the nanopost diameter or by decreasing the separation between nanoposts, the chain elongation becomes more pronounced. On the contrary, the polymer size varies in a non-monotonic fashion, with an initial elongation followed by a chain contraction, as the interstitial volume is reduced both by increasing the nanopost diameter and decreasing the separation at the same time while keeping constant the width of the passageway between two nanoposts. The simulation analysis shows that the non-monotonic dependence of polymer size is determined by interplay between the chain alignment along the nanoposts in each interstitial volume and the chain spreading through passageways over several interstitial volume.
Shen, Amy Q.;Hamlington, B.D.;Knoblauch, Michael;Peters, Winfried S.;Pickard, William F.
Smart Structures and Systems
/
제2권3호
/
pp.225-235
/
2006
With the discovery in plants of the proteinaceous forisome crystalloid (Knoblauch, et al. 2003), a novel, non-living, ATP-independent biological material became available to the designer of smart materials for advanced actuating and sensing. The in vitro studies of Knoblauch, et al. show that forisomes (2-4 micron wide and 10-40 micron long) can be repeatedly stimulated to contract and expand anisotropically by shifting either the ambient pH or the ambient calcium ion concentration. Because of their unique abilities to develop and reverse strains greater than 20% in time periods less than one second, forisomes have the potential to outperform current smart materials as advanced, biomimetic, multi-functional, smart sensors or actuators. Probing forisome material properties is an immediate need to lay the foundation for synthesizing forisomebased smart materials for health monitoring of structural integrity in civil infrastructure and for aerospace hardware. Microfluidics is a growing, vibrant technology with increasingly diverse applications. Here, we use microfluidics to study the surface interaction between forisome and substrate and the conformational dynamics of forisomes within a confined geometry to lay the foundation for forisome-based smart materials synthesis in controlled and repeatable environment.
A ligand-receptor docking program is an indispensible tool in modern pharmaceutical design. An accurate prediction of small molecular docking pose to a receptor is essential in drug design as well as molecular recognition. An effective docking program requires the ability to locate a correct binding pose in a surprisingly complex conformational space. However, there is an inherent difficulty to predict correct binding pose. The odds are more demanding than finding a needle in a haystack. This mainly comes from the flexibility of both ligand and receptor. Because the searching space to consider is so vast, receptor rigidity has been often applied in docking programs. Even nowadays the receptor may not be considered to be fully flexible although there have been some progress in search algorithm. Improving the efficiency of searching algorithm is still in great demand to explore other applications areas with inherently flexible ligand and/or receptor. In addition to classical search algorithms such as molecular dynamics, Monte Carlo, genetic algorithm and simulated annealing, rather recent algorithms such as tabu search, stochastic tunneling, particle swarm optimizations were also found to be effective. A good search algorithm would require a good balance between exploration and exploitation. It would be a good strategy to combine algorithms already developed. This composite algorithms can be more effective than an individual search algorithms.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.