Abstract
The rise of the computer as a powerful tool for model building and refinement has revolutionized the field of structure determination for large biomolecular systems. Despite the wide availability of robust experimental methods capable of resolving structural details across a range of spatiotemporal resolutions, computational hybrid methods have the unique ability to integrate the diverse data from multimodal techniques such as X-ray crystallography and electron microscopy into consistent, fully atomistic structures. Here, commonly employed strategies for computational real-space structural refinement are reviewed, and their specific applications are illustrated for several large macromolecular complexes: ribosome, virus capsids, chemosensory array, and photosynthetic chromatophore. The increasingly important role of computational methods in large-scale structural refinement, along with current and future challenges, is discussed.
References
157
Referenced
68
10.3390/e16010163
10.1016/j.sbi.2009.07.014
10.1146/annurev-biophys-083012-130253
10.1038/10695
10.1021/bi00522a022
10.1038/nature06404
10.1038/nature06405
10.1093/bioinformatics/bti770
10.1126/science.1261197
10.1007/978-3-7091-0215-2_1
10.1073/pnas.1402809111
10.1126/science.aab1576
10.1146/annurev-physchem-032511-143708
10.1039/c0cp02697b
10.1038/483531a
10.1016/j.bbagen.2014.10.019
10.1016/S0092-8674(00)80966-6
10.1073/pnas.1115719109
{'key': 'B19', 'first-page': '17181', 'volume': '106', 'author': 'Briegel A', 'year': '2009', 'journal-title': 'Nat. Rev. Mol. Cell Biol.'}
/ Nat. Rev. Mol. Cell Biol. by Briegel A (2009)10.1038/nature14896
10.1038/355472a0
10.1107/S0907444998003254
10.1126/science.235.4787.458
10.1128/JVI.02659-13
10.1002/bltj.21544
10.1016/j.bbabio.2014.02.003
10.7554/eLife.08419
10.1016/j.str.2011.07.017
10.1016/j.bpj.2014.04.030
10.1107/S0108767394007130
10.1016/j.jsb.2013.01.003
10.1107/S0907444909042073
10.1016/j.bpj.2015.03.012
10.1038/505612a
10.1016/j.jsb.2013.10.006
10.1107/S0907444907053516
10.1107/S0567739471000986
10.1126/science.1219021
10.1038/nmeth.2648
10.1038/nmeth.3286
10.1038/nature09964
10.1002/pro.2267
10.1007/978-1-61779-588-6_18
10.1093/emboj/16.10.2756
10.1142/p303
{'key': 'B46', 'first-page': '5', 'volume': '5', 'author': 'Eswar N', 'year': '2006', 'journal-title': 'Curr. Protoc. Bioinform.'}
/ Curr. Protoc. Bioinform. by Eswar N (2006)10.1016/j.sbi.2014.10.001
10.1016/j.str.2011.01.015
10.1038/nature14275
10.1038/35018597
10.1038/nsmb.2026
10.1371/journal.pbio.1002165
10.1038/nphys1713
10.1016/j.str.2015.05.017
10.1021/bi4010683
10.1038/nsb753
10.1146/annurev-biophys-060414-033813
10.1016/j.bpj.2011.06.063
10.1016/j.str.2011.12.014
10.1016/j.bbamcr.2010.01.017
10.1016/0263-7855(96)00018-5
10.1021/jp311723a
10.1021/jz101461d
10.1529/biophysj.107.115949
10.1110/ps.0350503
10.1107/S0907444908040006
10.1038/347631a0
10.1021/bi902153g
10.1016/S0969-2126(96)00063-9
10.1074/jbc.R800029200
10.1016/S0166-2236(03)00210-8
10.1038/nmeth.2727
10.1016/j.cell.2015.01.037
10.1038/srep07299
10.1107/S0021889892009944
10.1016/j.bbamem.2011.08.031
10.1038/nmeth.2472
10.1021/bi400385c
10.1016/j.bbrc.2007.06.146
10.1038/nature12822
10.1021/ct500995d
10.1126/science.1208351
10.1038/ncomms10714
10.1073/pnas.1200781109
10.1126/science.1261962
10.1021/ct400781b
10.1073/pnas.1516920112
10.1016/j.bpj.2015.05.024
10.1016/0009-3084(81)90011-6
10.1016/0022-2836(68)90205-2
10.1107/S0021889807021206
10.1107/S1399004714013856
10.1126/science.aaa1724
10.1002/prot.24120
10.1016/j.jsb.2011.09.002
10.1016/0005-2728(77)90080-9
10.1107/S0907444911001314
10.1529/biophysj.108.139451
10.1016/j.jsb.2013.12.003
10.1016/S0022-2836(03)00024-X
10.1038/nature12720
10.1038/nsmb1085
10.1016/j.sbi.2015.03.007
10.1002/jcc.20289
10.1038/emboj.2008.71
10.1021/jp910674d
10.1016/j.str.2014.12.019
10.1107/S0907444900010908
10.1021/jp3110369
10.1074/jbc.M708294200
10.1016/j.jsb.2012.09.006
10.1038/nmeth.2115
10.1007/s11120-009-9413-7
10.1016/j.sbi.2012.07.015
10.1186/1471-2105-12-190
10.1016/j.sbi.2015.02.016
10.1016/j.str.2007.09.021
10.1038/nature08892
10.1107/S1399004714016496
10.1128/JVI.01502-15
10.1038/nature13838
10.1016/S1090-7807(02)00014-9
10.1126/science.1177662
10.1016/j.chemphys.2009.01.003
10.1110/ps.062416606
10.1073/pnas.1423817112
10.1073/pnas.95.19.11158
10.1006/jmbi.1997.0959
-
129. Stone JE, Gullingsrud J, Grayson P, Schulten K. 2001. A system for interactive molecular dynamics simulation. In 2001 ACM Symposium on Interactive 3D Graphics, ed. JF Hughes, CH Séquin, pp. 191–94. New York: ACM Siggraph
(
10.1145/364338.364398
) 10.1039/C4FD00005F
10.1016/S0009-2614(99)01123-9
10.1016/j.jsb.2004.03.002
10.1016/j.str.2007.11.016
10.1016/j.jmb.2010.07.056
10.1016/j.str.2008.03.005
10.1016/j.ymeth.2009.04.005
10.1016/S0092-8674(03)00476-8
10.1016/j.str.2012.08.007
-
139. Venditti V, Egner TK, Clore GM. 2016. Hybrid approaches to structural characterization of conformational ensembles of complex macromolecular systems combining NMR residual dipolar couplings and solution X-ray scattering. Chem. Rev. doi: 10.1021/acs.chemrev.5b00592
(
10.1021/acs.chemrev.5b00592
) 10.1073/pnas.0811370106
10.1038/nrm1524
10.1089/aid.2011.0230
10.1038/nmeth.3287
10.1371/journal.ppat.1003132
10.1073/pnas.1108363108
10.7554/eLife.03035
10.1016/S0969-2126(01)00648-7
10.1038/sj.emboj.7601664
10.1016/j.jsb.2013.07.006
10.1002/pro.2433
10.1128/JVI.75.6.2753-2764.2001
10.1126/science.1060089
10.1016/S0092-8674(01)00435-4
10.1371/journal.pone.0030249
10.1038/srep09803
10.1038/nature12162
10.1038/nature14365
Dates
Type | When |
---|---|
Created | 9 years, 3 months ago (May 4, 2016, 8:34 p.m.) |
Deposited | 3 years, 10 months ago (Oct. 6, 2021, 2:58 p.m.) |
Indexed | 20 hours, 7 minutes ago (Aug. 21, 2025, 1:17 p.m.) |
Issued | 9 years, 1 month ago (July 5, 2016) |
Published | 9 years, 1 month ago (July 5, 2016) |
Published Print | 9 years, 1 month ago (July 5, 2016) |
@article{Goh_2016, title={Computational Methodologies for Real-Space Structural Refinement of Large Macromolecular Complexes}, volume={45}, ISSN={1936-1238}, url={http://dx.doi.org/10.1146/annurev-biophys-062215-011113}, DOI={10.1146/annurev-biophys-062215-011113}, number={1}, journal={Annual Review of Biophysics}, publisher={Annual Reviews}, author={Goh, Boon Chong and Hadden, Jodi A. and Bernardi, Rafael C. and Singharoy, Abhishek and McGreevy, Ryan and Rudack, Till and Cassidy, C. Keith and Schulten, Klaus}, year={2016}, month=jul, pages={253–278} }