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

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Mi​​to-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

Min Xu的其他基金

Ultrasonic-tagged remote interferometric flowmetry for brain activity
用于大脑活动的超声波标记远程干涉流量测量
  • 批准号:
    10731255
    10731255
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 32.74万
    $ 32.74万
  • 项目类别:
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
  • 批准号:
    9973462
    9973462
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 32.74万
    $ 32.74万
  • 项目类别:
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
  • 批准号:
    10187596
    10187596
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 32.74万
    $ 32.74万
  • 项目类别:
Novel machine learning approaches for improving structural discrimination in cryo-electron tomography-Administrative Supplement
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-行政补充
  • 批准号:
    10388867
    10388867
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 32.74万
    $ 32.74万
  • 项目类别:
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
  • 批准号:
    10620355
    10620355
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 32.74万
    $ 32.74万
  • 项目类别:

相似国自然基金

高吞吐低时延的多元LDPC码译码算法及其软件架构研究
  • 批准号:
    62301029
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
深度学习中的流形优化问题:算法设计与求解软件包的开发
  • 批准号:
    12301408
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30.00 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
能量一阶导数的GPU算法和异构并行计算:WESP软件的发展和向国产异构平台的移植
  • 批准号:
    22373112
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
机理与数据耦合驱动的AI赋能工业软件理论与算法
  • 批准号:
    52335001
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    230 万元
  • 项目类别:
    重点项目
面向量子模拟算法的量子软件优化技术研究
  • 批准号:
    62302395
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Multi-modal Tracking of In Vivo Skeletal Structures and Implants
体内骨骼结构和植入物的多模式跟踪
  • 批准号:
    10839518
    10839518
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 32.74万
    $ 32.74万
  • 项目类别:
An acquisition and analysis pipeline for integrating MRI and neuropathology in TBI-related dementia and VCID
用于将 MRI 和神经病理学整合到 TBI 相关痴呆和 VCID 中的采集和分析流程
  • 批准号:
    10810913
    10810913
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 32.74万
    $ 32.74万
  • 项目类别:
Multi-probe minimally invasive endomicroscope
多探头微创内窥镜
  • 批准号:
    10604023
    10604023
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 32.74万
    $ 32.74万
  • 项目类别:
Diversity Supplement: Computational and Experimental Studies of Protein Structure and Design
多样性补充:蛋白质结构和设计的计算和实验研究
  • 批准号:
    10579649
    10579649
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 32.74万
    $ 32.74万
  • 项目类别:
Multi-modal Tracking of In Vivo Skeletal Structures and Implants
体内骨骼结构和植入物的多模式跟踪
  • 批准号:
    10367144
    10367144
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 32.74万
    $ 32.74万
  • 项目类别: