Novel machine learning approaches for improving structural discrimination in cryo-electron tomography
用于改善冷冻电子断层扫描结构辨别的新型机器学习方法
基本信息
- 批准号:10454131
- 负责人:
- 金额:$ 32.74万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2020
- 资助国家:美国
- 起止时间:2020-06-10 至 2024-05-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Project Summary
Cellular cryo-electron tomography (Cryo-ET) has made possible the observation of cellular organelles and
macromolecular complexes at nanometer resolution with native conformations. The rapid increasing amount
of Cryo-ET data available however brings along some major challenges for analysis which we will timely ad-
dress in this proposal. We will design novel data-driven machine learning algorithms for improving structural
discrimination and resolution. In particular, we have the following specific aims: (1) We will develop a novel
Autoencoder and Iterative region Matching (AIM) algorithm for marker-free alignment of image tilt-series to re-
construct tomograms with improved resolution; (2) We will develop a saliency-based auto-picking algorithm for
better detecting macromolecular complexes, and combine it with an innovative 2D-to-3D framework to further
improve structure detection accuracy; (3) We will design an end-to-end convolutional model for pose-invariant
clustering of subtomograms. This model will produce an initial clustering which will be refined by a new subto-
mogram averaging algorithm that automatically down-weights subtomograms of noise and little contribution; (4)
We will perform experimental evaluations by using previously reported bacterial secretion systems and mito-
chondrial ultrastructures datasets to improve the final resolution. Implementing algorithms in Aims 1-3, we will
develop a user-friendly open-source graphical user interface -tom to directly benefit the scientific community.
-tom will be systematically compared with existing software including IMOD, EMAN2, and Relion on simulated
and benchmark datasets. To facilitate distribution, -tom will be integrated into existing software platforms Sci-
pion and TomoMiner. Our data-driven algorithms and software not only will facilitate and accelerate the future
use of Cryo-ET, but also can be readily used on analyzing the existing large amounts of Cryo-ET data to im-
prove our understanding of the structure, function, and spatial organization of macromolecular complexes in
situ.
项目摘要
细胞冷冻电子断层扫描(Cryo-ET)使观察细胞器和
带有天然构象的纳米分辨率下的大分子复合物。迅速增加的数量
但是,可用的Cryo-ET数据带来了一些主要的分析挑战
穿上这个建议。我们将设计新颖的数据驱动机器学习算法,以改善结构
歧视和解决方案。特别是,我们具有以下特定目的:(1)我们将开发出小说
自动编码器和迭代区域匹配(AIM)算法,用于图像倾斜系列的无标记对齐
构建具有改进分辨率的断层图; (2)我们将开发一种基于显着的自动选择算法
更好地检测大分子复合物,并将其与创新的2d-3d框架结合起来
提高结构检测准确性; (3)我们将设计姿势不变的端到端卷积模型
亚图表的聚类。该模型将产生初始聚类,该聚类将由新的Subto-to-将
mography平均算法自动减轻噪声的亚图和贡献很少的算法; (4)
我们将通过使用先前报道的细菌分泌系统和Mito-进行实验评估
软骨超结构数据集以改善最终分辨率。在AIMS 1-3中实施算法,我们将
开发一个用户友好的开源图形用户界面-TOM,以直接受益于科学界。
-TOM将与现有软件(包括IMOD,EMAN2和RISION)的现有软件进行系统的比较。
和基准数据集。为了促进分销,-TOM将集成到现有的软件平台中
派和Tomominer。我们的数据驱动算法和软件不仅会促进和加速未来
使用冷冻-ET,但也可以很容易地用于分析现有的大量冷冻数据以进行
证明我们对大分子复合物的结构,功能和空间组织的理解
原位。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

暂无数据
数据更新时间:2024-06-01
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