src/unfolding/distributions-review.tex

   1 \section{Review of current research}
   2
   3 \citet{rief02} provide a general review of force spectroscopy with a short section on protein unfolding.
   4 There's not all that much information here, but it's a good place to go to get
   5 a big-picture overview before diving into the more technical papers.
   6
   7 There are two main approaches to modeling protein domain unfolding under tension: Bell's and Kramers'\citep{schlierf06,dudko06,hummer03}.
   8 Bell introduced his model in the context of cell adhesion\citep{bell78}, but it has been widely used to model mechanical unfolding in proteins\citep{rief97a,carrion-vazquez99b,schlierf06} due to it's simplicity and ease of use\citep{hummer03}.
   9 Kramers introduced his theory in the context of thermally activated barrier crossings, which is how we use it here.
  10
  11 There is an excellent review of Kramers' theory in \citet{hanggi90}.
  12 The bell model is generally considered too elementary to be worth a detailed review in this context, and yet I had trouble finding explicit probability densities that matched my own in Eqn.~\ref{eq:unfold:bell_pdf}.
  13 Properties of the Bell model recieve more coverage under the name of the older and equivalent Gompertz distribution\citep{gompertz25,olshansky97,wu04}.
  14 A warning about the ``Gompertz'' model is in order, because there seem to be at least two unfolding/dying rate formulas that go by that name.
  15 Compare, for example, \citet{braverman08} Eqn.~5 and \citet{juckett93} Fig.~2.
  16
  17 \subsection{Who's who}
  18
  19 The field of mechanical protein unfolding is developing along three main branches.
  20 Some groups are predominantly theoretical,
  21 \begin{itemize}
  22   \item Evans, University of British Columbia (Emeritus) \\
  23     \url{http://www.physics.ubc.ca/php/directory/research/fac-1p.phtml?entnum=55}
  24   \item Thirumalai, University of Maryland \\
  25     \url{http://www.marylandbiophysics.umd.edu/}
  26   \item Onuchic, University of California, San Diego \\
  27     \url{http://guara.ucsd.edu/}
  28   \item Hyeon, Chung-Ang University (Onuchic postdoc, Thirumalai postdoc?) \\
  29     \url{http://physics.chem.cau.ac.kr/} \\
  30   \item Dietz (Rief grad) \\
  31     \url{http://www.hd-web.de/}
  32   \item Hummer and Szabo, National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases \\
  33     \url{http://intramural.niddk.nih.gov/research/faculty.asp?People_ID=1615}
  34     \url{http://intramural.niddk.nih.gov/research/faculty.asp?People_ID=1559}
  35 \end{itemize}
  36 and the experimentalists are usually either AFM based
  37 \begin{itemize}
  38   \item Rief, Technischen Universität München \\
  39     \url{http://cell.e22.physik.tu-muenchen.de/gruppematthias/index.html}
  40   \item Fernandez, Columbia University \\
  41     \url{http://www.columbia.edu/cu/biology/faculty/fernandez/FernandezLabWebsite/}
  42   \item Oberhauser, University of Texas Medical Branch (Fernandez postdoc) \\
  43     \url{http://www.utmb.edu/ncb/Faculty/OberhauserAndres.html}
  44   \item Marszalek, Duke University (Fernandez postdoc) \\
  45     \url{http://smfs.pratt.duke.edu/homepage/lab.htm}
  46   \item Guoliang Yang, Drexel University \\
  47     \url{http://www.physics.drexel.edu/~gyang/}
  48   \item Wojcikiewicz, University of Miami \\
  49     \url{http://chroma.med.miami.edu/physiol/faculty-wojcikiewicz_e.htm}
  50 \end{itemize}
  51 or laser-tweezers based
  52 \begin{itemize}
  53   \item Bustamante, University of California, Berkley \\
  54     \url{http://alice.berkeley.edu/}
  55   \item Forde, Simon Fraser University \\
  56     \url{http://www.sfu.ca/fordelab/index.html}
  57 \end{itemize}
  58
  59 \subsection{Evolution of unfolding modeling}
  60
  61 Evans introduced the saddle-point Kramers' approximation in a protein unfolding context 1997 (\citet{evans97} Eqn.~3).
  62 However, early work on mechanical unfolding focused on the simper Bell model\citep{rief97a}.%TODO
  63 In the early `00's, the saddle-point/steepest-descent approximation to Kramer's model (\citet{hanggi90} Eqn.~4.56c) was introduced into our field\citep{dudko03,hyeon03}.%TODO
  64 By the mid `00's, the full-blown double-integral form of Kramer's model (\citet{hanggi90} Eqn.~4.56b) was in use\citep{schlierf06}.%TODO
  65
  66 There have been some tangential attempts towards even fancier models.
  67 \citet{dudko03} attempted to reduce the restrictions of the single-unfolding-path model.
  68 \citet{hyeon03} attempted to measure the local roughness using temperature dependent unfolding.
  69
  70 \subsection{History of simulations}
  71
  72 Early molecular dynamics (MD) work on receptor-ligand breakage by Grubmuller 1996 and Izrailev 1997 (according to Evans 1997).
  73 \citet{evans97} introduce a smart Monte Carlo (SMC) Kramers' simulation.
  74
  75 \subsection{History of experimental AFM unfolding experiments}
  76
  77 \begin{itemize}
  78   \item \citet{rief97a}:
  79 \end{itemize}
  80
  81 \subsection{History of experimental laser tweezer unfolding experiments}
  82
  83 \begin{itemize}
  84   \item \citet{izrailev97}:
  85 \end{itemize}