Persistent topology and metastable state in conformational dynamics.
Persistent topology and metastable state in conformational dynamics.
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DOI：
10.1371/journal.pone.0058699
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发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
3.7
通讯作者：
Carlsson GE
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chang HW;Bacallado S;Pande VS;Carlsson GE
现代计算模型产生的大量分子动力学模拟数据给研究人员带来了巨大的机遇和挑战。聚类算法在从模拟数据中理解生物分子动力学方面发挥着重要作用，特别是在马尔可夫状态模型框架下。然而，生物分子系统中自由能景观的坚固性使得常见的聚类算法对数据的扰动非常敏感。在这里，我们介绍了一个数据探索工具，它提供了不同参数下的聚类结构的概述。建议的多持久聚类分析结合了最近的研究动态的系统与占主导地位的亚稳态的多维持久性的概念，在计算拓扑结构的见解。我们建议探索的聚类结构的数据的基础上，其持久性的规模和密度。该分析提供了一种系统的方法来发现对数据扰动具有鲁棒性的聚类。系统的主导状态可以有把握地选择。对于边界上的聚类，用户可以选择做更多的模拟或根据其结构特征做出决定。此外，我们的多分辨率分析为用户提供了有关集群的相对潜力及其层次关系的信息。所提出的方法的有效性说明在三个生物分子：丙氨酸二肽，绒毛蛋白头，和FiP35 WW域。
The large amount of molecular dynamics simulation data produced by modern computational models brings big opportunities and challenges to researchers. Clustering algorithms play an important role in understanding biomolecular kinetics from the simulation data, especially under the Markov state model framework. However, the ruggedness of the free energy landscape in a biomolecular system makes common clustering algorithms very sensitive to perturbations of the data. Here, we introduce a data-exploratory tool which provides an overview of the clustering structure under different parameters. The proposed Multi-Persistent Clustering analysis combines insights from recent studies on the dynamics of systems with dominant metastable states with the concept of multi-dimensional persistence in computational topology. We propose to explore the clustering structure of the data based on its persistence on scale and density. The analysis provides a systematic way to discover clusters that are robust to perturbations of the data. The dominant states of the system can be chosen with confidence. For the clusters on the borderline, the user can choose to do more simulation or make a decision based on their structural characteristics. Furthermore, our multi-resolution analysis gives users information about the relative potential of the clusters and their hierarchical relationship. The effectiveness of the proposed method is illustrated in three biomolecules: alanine dipeptide, Villin headpiece, and the FiP35 WW domain.
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影响因子：
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作者：
Becker, OM;Karplus, M
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Karplus, M
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