Building protein structure models for intermediate resolution cryo-electron microscopy maps

建立中等分辨率冷冻电子显微镜图的蛋白质结构模型

基本信息

  • 批准号:
    10266083
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30.55万
  • 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:
    2020-09-20 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary Cryo-electron microscopy (cryo-EM) is an emerging technique in structural biology, which is capable of determining three-dimensional (3D) structures of biological macromolecules. Compared to conventional structural biology techniques, such as X-ray crystallography and NMR, a major advantage of cryo-EM is its ability to solve large macromolecular assemblies. Moreover, recent technical breakthroughs in cryo-EM have enabled determination of 3D structures at nearly atomic-level resolutions. Cryo-EM will undoubtedly become a method of central importance in structural biology in the next decade. With the rapid accumulation of cryo-EM structure data, it has become crucial to develop computational methods that can effectively build and extract 3D structures of biological macromolecules from EM maps. The goal of this project is to develop computational methods for modeling both global and local structures and for interpreting 3D structures embedded in EM maps of around 4 Å to medium-resolution. Recently, we have developed a new de novo protein structure modeling method, MAINMAST, which can model protein structures from an EM density map without using existing template or fragment structures on the map. Based on the successful development of MAINMAST, we further extend the capability of MAINMAST toward more accurate modeling and for multiple-chain modeling. In addition, we will also develop novel modeling methods for medium-resolution EM maps, which combine a coarse-grained protein structure modeling technique, methods in protein structure prediction, and a low- resolution image processing approach with deep learning, a state-of-the-art powerful machine learning method. The proposed project capitalizes on the tremendous efforts and progress made in structural determination with cryo-EM by developing computational tools that allow researchers to perform efficient and reliable structure analyses for 3D EM density maps. The project will greatly facilitate investigation into the molecular mechanisms of macromolecule function by providing an efficient means of 3D structure modeling.
项目摘要 冷冻电子显微镜(Cryo-EM)是结构生物学的新兴技术,能够 确定生物大分子的三维(3D)结构。与常规 结构生物学技术,例如X射线晶体学和NMR,Cryo-EM的主要优势是它 能够求解大型大分子组件的能力。而且,Cryo-EM最近的技术突破已 启用了几乎原子级分辨率下的3D结构的确定。冷冻 - 毫无疑问将成为一个 在未来十年中,结构生物学的核心重要性。随着冷冻EM的快速积累 结构数据,开发可以有效构建和提取的计算方法至关重要 来自EM图的生物大分子的3D结构。该项目的目的是开发计算 建模全球和局部结构以及解释嵌入在EM中的3D结构的方法 大约4Å至中分辨率的地图。最近,我们开发了一种新的从头蛋白结构 建模方法,主流,可以在不使用EM密度图中对蛋白质结构进行建模 地图上的现有模板或碎片结构。基于Mainmast的成功发展,我们 进一步扩展了主流对更准确的建模和多链建模的能力。在 此外,我们还将开发用于中分辨率EM图的新型建模方法,该方法结合了 粗粒蛋白结构建模技术,蛋白质结构预测的方法,低 - 深度学习的分辨率图像处理方法是一种最先进的强大机器学习方法。 拟议的项目利用了与结构决心所取得的巨大努力和进步 通过开发允许研究人员执行高效可靠结构的计算工具的冷冻EM 分析3D EM密度图。该项目将极大地促进对分子的研究 大分子功能的机理通过提供3D结构建模的有效均值。

项目成果

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