RELION: implementation of a Bayesian approach to cryo-EM structure determination

doi:10.1016/j.jsb.2012.09.006

.2012年12月；180(3):519-30.

doi:10.1016/j.jsb.2012.09.006。 Epub 2012年9月19日。

关系：低温电磁结构确定的贝叶斯方法的实现

Sjors H W Scheres公司¹

附属公司

PMID： 23000701
预防性维修识别码： PMC3690530型
内政部： 10.1016/j.jsb.2012.09.06

关系：低温电磁结构确定的贝叶斯方法的实现

Sjors H W Scheres公司. J结构生物学. 2012年12月.

.2012年12月；180(3):519-30.

doi:10.1016/j.jsb.2012.09.06。 Epub 2012年9月19日。

作者

Sjors H W Scheres公司¹

附属

¹英国剑桥CB2 0QH希尔斯路MRC分子生物学实验室。scheres@mrc-lmb.cam.ac.uk

PMID： 23000701
预防性维修识别码： PMC3690530型
内政部： 10.1016/j.jsb.2012.09.06

摘要

RELION是REgularized LIkelihood OptimizatioN的一个开源计算机程序，用于通过电子冷冻显微镜（croy-EM）数据的单粒子分析来细化大分子结构。替代方法通常依赖用户专业知识来调整参数，而RELION使用贝叶斯方法从数据推断统计模型的参数。本文描述了降低潜在最大后验概率（MAP）算法计算成本的进展，以及对确定单个粒子相对方向的准确性产生新见解的统计考虑。还描述了一种所谓的金标准傅里叶壳相关（FSC）程序，以防止过拟合。最终的实现产生了高质量的重建和可靠的分辨率估计，用户干预最少，计算成本可接受。

PubMed免责声明

数字

图1
投影/重建周期的准确性。（A）中央切片通过核糖体模型，利用RELION和SPIDER中的5000个无声投影，使用BP3F或BP3G命令进行重建。所有四幅图像的灰度都相同。（B）如A中所示，但显示了由5000个有噪音的投影所做的重建。（C）从RELION（黑色）、SPIDER BP3G（灰色）和SPIDER BP 3F（灰色虚线）的无声投影中获得的模型和重建之间的FSC曲线。（D）与C中一样，但用于从噪波投影重建。请注意*Y（Y）*-C和D之间的轴范围。

图2
角度精度评估。（A）三个模拟的GroEL粒子。（B） A中粒子的实验对应物。（C）根据模拟数据对10Å低通滤波版本的体模进行单次迭代细化后的角度误差分布，使用的角度采样率为 $15 °$ （黑体）， $7.5 °$ （粗体灰色）， $3.7 °$ （纯黑色）， $1.8 °$ （纯灰色）或 $0.9 °$ （黑色虚线）。（D）根据C.（E）中的改进，使用模型进行重建的FSC。基于倾斜对分析（灰圈）的实验确定的角度精度与基于 ${R（右）}_{F类 / 吨}$ 标准（黑色十字）。倾斜对分析的样本为轮状病毒双层颗粒（50 MDa）、鸡贫血病毒（2.7 MDa），70S核糖体（2.7 MDa）、脂肪酸合成酶（2.6 MDa）和丙酮酸脱氢酶（1.6 MDa）。RELION中分析的标本为轮状病毒重涂颗粒（60 MDa）、乙型肝炎衣壳（4 MDa），70S核糖体（2.7 MDa）和GroEL（0.8 MDa和β-半乳糖苷酶（0.45 MDa）。（F）不同分辨率壳体对公式（8）中GroEL模型投影指数内总和的贡献，角距离为2.7° $ϕ^{吨}$ 和 $ϕ^{F类}$ （G）使用1.8°的角度采样，将模拟的GroEL粒子与幻像贴图对齐后的角度误差分布。校准中使用的最大分辨率在20Å（纯黑色）、10 \8491»（纯灰色）和Nyquist（黑色虚线）之间变化。

图3
报告了使用原始MAP算法（黑色）和使用金标准FSC（灰色）估计信号强度的细化每次迭代的分辨率。

图4
使用获得的结果*3D自动重定义*四个冷冻-EM数据集的程序：（A）β-半乳糖苷酶，（B）GroEL，（C）乙型肝炎衣壳，和（D）重涂轮状病毒。左侧显示了分辨率对定向性的贡献，即对等式（8）中指数内的和的贡献。右侧显示了重建密度的代表性碎片（透明黄色），内部有相应的拟合晶体结构（红色）。在可视化之前，使用B类-系数−1500、−750、−850和−275Å²分别用于β-半乳糖苷酶、GroEL、乙型肝炎衣壳和重组轮状病毒重建。

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