Modulation of protein-protein interactions by competitive small-molecule binding emerges as a promising avenue for drug discovery. Hot spots, i.e., amino acids with important contributions to the overall interaction energy, provide useful targets within these interfaces. To avoid time-consuming mutagenesis experiments, computational alanine screening has been developed for the prediction of hot spots based on existing structural information. Here we use the all-atom free-energy force field PFF02 to identify important amino acid residues in the complexes of the chemokine interleukin-8 (CXCL8) and an N-terminal peptide of its cognate receptor CXCR1, and of ERBIN, a molecular marker of the basolateral membrane in epithelial cells, in complex with the ERBIN-binding domain of tyrosin kinase ERBB2. The results of our analysis agree with available experimental functional assays, indicating that this approach is suitable for computational alanine screening and may help to identify competitive peptides as starting points for the development of inhibitors of protein-protein interactions for pharmaceutically relevant targets.

1.
J. A.
Wells
and
C. L.
McClendon
,
Nature (London)
450
,
1001
(
2007
).
2.
K. S.
Midelfort
,
H. H.
Hernandez
,
S. M.
Lippow
,
B.
Tidor
,
C. L.
Drennan
, and
K. D.
Wittrup
,
J. Mol. Biol.
343
,
685
(
2004
).
3.
N.
Andrusier
,
E.
Mashiach
,
R.
Nussinov
, and
H. J.
Wolfson
,
Proteins
73
,
271
(
2008
).
4.
L. T.
Vassilev
,
B. T.
Vu
,
B.
Graves
,
D.
Carvajal
,
F.
Podlaski
,
Z.
Filipovic
,
N.
Kong
,
U.
Kammlott
,
C.
Lukacs
,
C.
Klein
,
N.
Fotouhi
, and
E. A.
Liu
,
Science
303
,
844
(
2004
);
[PubMed]
B. L.
Grasberger
,
T.
Lu
,
C.
Schubert
,
D. J.
Parks
,
T. E.
Carver
,
H. K.
Koblish
,
M. D.
Cummings
,
L. V.
LaFrance
,
K. L.
Milkiewicz
,
R. R.
Calvo
,
D.
Maguire
,
J.
Lattanze
,
C. F.
Franks
,
S.
Zhao
,
K.
Ramachandren
,
G. R.
Bylebyl
,
M.
Zhang
,
C. L.
Manthey
,
E. C.
Petrella
,
M. W.
Pantoliano
,
I. C.
Deckman
,
J. C.
Spurlino
,
A. C.
Maroney
,
B. E.
Tomczuk
,
C. J.
Molloy
, and
R. F.
Bone
,
J. Med. Chem.
48
,
909
(
2005
);
[PubMed]
P. W.
White
,
S.
Titolo
,
K.
Brault
,
L.
Thauvette
,
A.
Pelletier
,
E.
Welchner
,
L.
Bourgon
,
L.
Doyon
,
W. W.
Ogilvie
,
C.
Yoakim
,
M. G.
Cordingley
, and
J.
Archambault
,
J. Biol. Chem.
278
,
26765
(
2003
).
[PubMed]
5.
P. J.
Hajduk
,
Mol. Interv.
6
,
266
(
2006
).
6.
W.
Takasaki
,
Y.
Kajino
,
K.
Kajino
,
R.
Murali
, and
M. I.
Greene
,
Nat. Biotechnol.
15
,
1266
(
1997
);
[PubMed]
H.
Yin
,
G. I.
Lee
,
K. A.
Sedey
,
O.
Kutzki
,
H. S.
Park
,
B. P.
Orner
,
J. T.
Ernst
,
H. G.
Wang
,
S. M.
Sebti
, and
A. D.
Hamilton
,
J. Am. Chem. Soc.
127
,
10191
(
2005
);
[PubMed]
J. D.
Sadowsky
,
J. K.
Murray
,
Y.
Tomita
, and
S. H.
Gellman
,
ChemBioChem
8
,
903
(
2007
).
[PubMed]
7.
B. C.
Cunningham
and
J. A.
Wells
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
88
,
3407
(
1991
);
[PubMed]
J.
Grodberg
,
K. L.
Davis
, and
A. J.
Sykowski
,
Eur. J. Biochem.
218
,
597
(
1993
);
[PubMed]
V.
Magdolen
,
P.
Rettenberger
,
M.
Koppitz
,
L.
Goretzki
,
H.
Kessler
,
U. H.
Weidle
,
B.
Konig
,
H.
Graeff
,
M.
Schmitt
, and
O.
Wilhelm
,
Eur. J. Biochem.
237
,
743
(
1996
).
[PubMed]
8.
I.
Massova
and
P. A.
Kollman
,
J. Am. Chem. Soc.
121
,
8133
(
1999
).
9.
S.
Huo
,
I.
Massova
, and
P. A.
Kollman
,
J. Comput. Chem.
23
,
15
(
2002
);
[PubMed]
I. S.
Moreira
,
P. A.
Fernandes
, and
M. J.
Ramos
,
J. Phys. Chem. B
110
,
10962
(
2006
).
[PubMed]
J. C.
Burnett
,
P.
Botti
,
D. J.
Abraham
, and
G. E.
Kellogg
,
Proteins
42
,
355
(
2001
);
[PubMed]
Q.
Cui
,
T.
Sulea
,
J. D.
Schrag
,
C.
Munger
,
M. N.
Hung
,
M.
Naim
,
M.
Cygler
, and
E. O.
Purisima
,
J. Mol. Biol.
349
,
787
(
2008
)
11.
T.
Herges
and
W.
Wenzel
,
Biophys. J.
87
,
3100
(
2004
).
12.
A.
Schug
,
T.
Herges
, and
W.
Wenzel
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
158102
(
2003
).
13.
A.
Schug
and
W.
Wenzel
,
J. Am. Chem. Soc.
126
,
16736
(
2004
);
[PubMed]
S. M.
Gopal
and
W.
Wenzel
,
Angew. Chem., Int. Ed.
118
,
7890
(
2006
).
14.
A.
Verma
,
S. M.
Gopal
,
J. S.
Oh
,
K. H.
Lee
, and
W.
Wenzel
,
J. Comput. Chem.
28
,
2552
(
2007
).
15.
N. J.
Skelton
,
C.
Quan
,
D.
Reilly
, and
H.
Lowman
,
Structure (London)
7
,
157
(
1999
).
16.
T. N.
Wells
,
C. A.
Power
,
J. P.
Shaw
, and
A. E.
Proudfoot
,
Trends Pharmacol. Sci.
27
,
41
(
2006
);
[PubMed]
S. J.
Allen
,
S. E.
Crown
, and
T. M.
Handel
,
Annu. Rev. Immunol.
25
,
787
(
2007
).
[PubMed]
17.
C.
Dillon
,
A.
Creer
,
K.
Kerr
,
A.
Kumin
, and
C.
Dickson
,
Mol. Cell. Biol.
22
,
6553
(
2002
).
18.
F.
Jaulin-Bastard
,
H.
Saito
,
A.
Le Bivic
,
V.
Ollendorff
,
S.
Marchetto
,
D.
Birnbaum
, and
J. P.
Borg
,
J. Biol. Chem.
276
,
15256
(
2001
).
19.
Y. X.
Fan
,
L.
Wong
, and
G. R.
Johnson
,
Biochem. J.
392
,
417
(
2005
).
20.
C. B.
Anfinsen
,
Science
181
,
223
(
1973
).
21.
A.
Verma
and
W.
Wenzel
,
Biophys. J.
96
,
3483
(
2009
).
22.
F.
Avbelj
,
Biochemistry
31
,
6290
(
1992
);
[PubMed]
F.
Avbelj
and
J.
Moult
,
Biochemistry
34
,
755
(
1995
).
[PubMed]
23.
D.
Eisenberg
and
A. D.
McLachlan
,
Nature (London)
319
,
199
(
1986
).
24.
P. N.
Mortenson
and
D. J.
Wales
,
J. Chem. Phys.
114
,
6443
(
2001
);
J. M.
Carr
and
D. J.
Wales
,
J. Chem. Phys.
123
,
234901
(
2005
);
[PubMed]
T.
Herges
,
A.
Schug
, and
W.
Wenzel
,
Int. J. Quantum Chem.
99
,
854
(
2004
).
25.
A.
Verma
,
A.
Schug
,
K. H.
Lee
, and
W.
Wenzel
,
J. Chem. Phys.
124
,
044515
(
2006
).
27.
M.
Baggiolini
,
B.
Dewald
, and
B.
Moser
,
Annu. Rev. Immunol.
15
,
675
(
1997
).
28.
M.
Baggiolini
and
B.
Moser
,
J. Exp. Med.
186
,
1189
(
1997
).
29.
J. P.
Borg
,
S.
Marchetto
,
A.
Le Bivic
,
V.
Ollendorff
,
F.
Jaulin-Bastard
,
H.
Saito
,
E.
Fournier
,
J.
Adelaide
,
B.
Margolis
, and
D.
Birnbaum
,
Nat. Cell Biol.
2
,
407
(
2000
).
30.
G.
Birrane
,
J.
Chung
, and
J. A.
Ladias
,
J. Biol. Chem.
278
,
1399
(
2003
).
31.
J.
Schymkowitz
,
J.
Borg
,
F.
Stricher
,
R.
Nys
,
F.
Rousseau
, and
L.
Serrano
,
Nucleic Acids Res.
33
,
W382
(
2005
).
32.
R.
Guerois
,
J. E.
Nielsen
, and
L.
Serrano
,
J. Mol. Biol.
320
,
369
(
2002
).
33.
B.
Ma
,
T.
Elkayam
,
H.
Wolfson
, and
R.
Nussinov
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
100
,
5772
(
2003
).
34.
O.
Keskin
,
B.
Ma
, and
R.
Nussinov
,
J. Mol. Biol.
345
,
1281
(
2005
).
35.
O. N.
Yogurtcu
,
S. B.
Erdemli
,
R.
Nussinov
,
M.
Turkay
, and
O.
Keskin
,
Biophys. J.
94
,
3475
(
2008
).
36.
K. S.
Thorn
and
A. A.
Bogan
,
Bioinformatics
17
,
284
(
2001
);
[PubMed]
T. B.
Fischer
,
K. V.
Arunachalam
,
D.
Bailey
,
V.
Mangual
,
S.
Bakhru
,
R.
Russo
,
D.
Huang
,
M.
Paczkowski
,
V.
Lalchandani
,
C.
Ramachandra
,
B.
Ellison
,
S.
Galer
,
J.
Shapley
,
E.
Fuentes
, and
J.
Tsai
,
Bioinformatics
19
,
1453
(
2003
).
[PubMed]
37.
T.
Kortemme
and
D.
Baker
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
99
,
14116
(
2002
).
38.
S. J.
Darnell
,
D.
Page
, and
J. C.
Mitchell
,
Proteins
68
,
813
(
2007
).
39.
Y.
Ofran
and
B.
Rost
,
PLOS Comput. Biol.
3
,
e119
(
2007
).
40.
A. A.
Bogan
and
K. S.
Thorn
,
J. Mol. Biol.
280
,
1
(
1998
);
[PubMed]
Z.
Hu
,
B.
Ma
,
H.
Wolfson
, and
R.
Nussinov
,
Proteins
39
,
331
(
2000
).
[PubMed]
41.
S. J.
Darnell
,
L.
LeGault
, and
J. C.
Mitchell
,
Nucleic Acids Res.
36
,
W265
(
2008
).
42.
Y.
Marrero-Ponce
,
R.
Medina-Marrero
,
J. A.
Castillo-Garit
,
V.
Romero-Zaldivar
,
F.
Torrens
, and
E. A.
Castro
,
Bioorg. Med. Chem.
13
,
3003
(
2005
).
43.
D.
Chivian
,
D. E.
Kim
,
L.
Malmstrom
,
P.
Bradley
,
T.
Robertson
,
P.
Murphy
,
C. E.
Strauss
,
R.
Bonneau
,
C. A.
Rohl
, and
D.
Baker
,
Proteins
53
,
524
(
2003
).
44.
K. T.
Simons
,
C.
Kooperberg
,
E.
Huang
, and
D.
Baker
,
J. Mol. Biol.
268
,
209
(
1997
).
45.
H.
Gohlke
,
C.
Kiel
, and
D. A.
Case
,
J. Mol. Biol.
330
,
891
(
2003
);
[PubMed]
T.
Simonson
,
G.
Archontis
, and
M.
Karplus
,
Acc. Chem. Res.
35
,
430
(
2002
);
[PubMed]
A.
Benedix
,
C. M.
Becker
,
B. L.
de Groot
,
A.
Caflisch
, and
R. A.
Bockmann
,
Nat. Methods
6
,
3
(
2009
).
[PubMed]
46.
V.
Zoete
and
M.
Meuwly
,
J. Comput. Chem.
27
,
1843
(
2006
).
47.
D.
Rajamani
,
S.
Thiel
,
S.
Vajda
, and
C. J.
Camacho
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
101
,
11287
(
2004
).
48.
J.
Wang
,
Y.
Deng
, and
B.
Roux
,
Biophys. J.
91
,
2798
(
2006
).
You do not currently have access to this content.