Cryo-EM 3D Reconstruction of Flexible Particles

柔性颗粒的冷冻电镜 3D 重建

基本信息

  • 批准号:
    8693631
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 28.72万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-07-01 至 2016-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Single-particle reconstruction (SPR) electron microscopy is a powerful technique for obtaining the 3D structure of macromolecular complexes in near-native states. A major problem in SPR is that flexibility gives rise to multiple conformations when the macromolecular particles are frozen in vitreous ice. Traditional SPR assumes that macromolecular particles are rigid, and gives good reconstructions only when all particles have the identical structure. We propose to develop new reconstruction methods which eliminate the rigidity assumption altogether. These methods can reconstruct a continuously flexible structure. Two classes of methods are proposed: (a) methods for exploratory analysis which detect the presence of structural conformational change and objectively determine the most dominant modes of flexibility, and (b) post- exploratory flexible particle reconstruction methods which reconstruct in detail the identified modes of flexibility. These methods are based on probability theory and preliminary results with actual data show that they offer significantly higher signal-to-noise ratio (SNR) reconstructions even when the data SNR is as low as -25db. Further, our methods provide a simple interpretation of particle flexibility. We will develop these algorithms and write software modules for incorporation in the SPARX cryo-EM processing environment. As a first application, we will use the software to process negative-staining and cryo-EM images of the human Dicer RNA-processing enzyme. As positive and negative controls, we will also reconstruct the structure of RNA Polymerase II and GroEL.
描述(由申请人提供):单粒子重建(SPR)电子显微镜是一种强大的技术,可以获得接近天然状态的大分子复合物的3D结构。SPR的一个主要问题是,当大分子颗粒在玻璃体冰中冻结时,灵活性会产生多种构象。传统的SPR假设大分子粒子是刚性的,只有当所有的粒子具有相同的结构时才能得到很好的重构。我们建议开发新的重建方法,完全消除刚性假设。这些方法可以重建连续柔性结构。提出了两类方法:(a)探索性分析方法,用于检测结构构象变化的存在并客观确定最主要的柔性模式;(b)探索性后柔性粒子重建方法,用于详细重建已识别的柔性模式。这些方法基于概率论,实际数据的初步结果表明,即使数据信噪比低至-25db,它们也能提供明显更高的信噪比(SNR)重建。此外,我们的方法提供了粒子柔韧性的简单解释。我们将开发这些算法,并编写软件模块,以纳入SPARX低温电镜处理环境。作为第一个应用,我们将使用该软件处理人类Dicer rna加工酶的负染色和低温电镜图像。作为阳性对照和阴性对照,我们还将重建RNA聚合酶II和GroEL的结构。

项目成果

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