Computational Protocol for Assessing the Optimal Pixel Size to Improve the Accuracy of Single-particle Cryo-electron Microscopy Maps

像素 低温电子显微 计算机科学 协议(科学) 分辨率(逻辑) 生物系统 算法 实验数据 单粒子分析 人工智能 物理 统计 数学 核磁共振 医学 生物 病理 气象学 替代医学 气溶胶
作者
Sandhya Tiwari,Shibba Takkar Chhabra,Florence Tama,Osamu Miyashita
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
卷期号:60 (5): 2570-2580 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.9b01107
摘要

Cryo-electron microscopy (cryo-EM) single-particle analysis has come a long way in achieving atomic-level resolution when imaging biomolecules. To obtain the best possible three-dimensional (3D) structure in cryo-EM, many parameters have to be carefully considered. Here we address the often-overlooked parameter of the pixel size, which describes the magnification of the image produced by the experiment. While efforts are made to refine and validate this parameter in the analysis of cryo-EM experimental data, there is no systematic protocol in place. Since the pixel size parameter can have an impact on the resolution and accuracy of a cryo-EM map, and the atomic resolution 3D structure models derived from it, we propose a computational protocol to estimate the appropriate pixel size parameter. In our protocol, we fit and refine atomic structures against cryo-EM maps at multiple pixel sizes. The resulting fitted and refined structures are evaluated using the GOAP (generalized orientation-dependent, all-atom statistical potential) score, which we found to perform better than other commonly used functions, such as Molprobity and the correlation coefficient from refinement. Finally, we describe the efficacy of this protocol in retrieving appropriate pixel sizes for several examples; simulated data based on yeast elongation factor 2 and experimental data from Gro-EL chaperone, beta-galactosidase, and the TRPV1 ion channel.
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