2016年3月30
一种新的3 d建模和数据提取技术改变x射线结晶学的领域,与潜在的好处对于制药业和结构生物学。
传统蛋白质x射线衍射图像处理把锋利的布拉格反射,产生噪声的图像扩散强度(左)。从多个晶体取向是集成到一个3 d图像数据集的信号是统计平均(中心,显示级别表面漫射强度在三维空间的时候)。三维数据显示极大的增强扩散特性,如模拟衍射图像获得使用集成的数据(对的,比较左面板)。三维数据用于验证和改进模型的蛋白质运动。
一篇论文在本周美国国家科学院院刊》上描述了改进的混合实验和计算机模拟,从扩散中提取有价值的信息,以前丢弃的数据。亚博老虎机网登录
“这里的成就来证明我们可以分析传统收集蛋白质晶体学数据和退出背景特性,通常扔掉,”Michael e .说墙,在计算机科学家计算,和统计科学部门洛斯阿拉莫斯国家实验室和共同通讯作者论文的詹姆斯·s·弗雷泽生物工程和治疗学系助理教授在加州大学,旧金山。亚博老虎机网登录
”被回收的是关于蛋白质移动的信息,更详细的动力学在示例中,“墙说。传统的晶体学数据提供一个模糊的蛋白质,如覆盖帧的电影。他指出,我们的方法提高图像提供的信息哪些原子移动协同的方式,如摆动臂上的蛋白质或两侧的铰链打开或关闭,和哪些移动更加独立。
“这是一个方法,将最终改变x射线结晶学的方式,引进这些额外的数据流除了大幅布拉格散射达到高峰,这是传统的分析方法,“墙说我们努力同时使用这两个数据集增加结晶学模型的明确性和更清楚的地图蛋白质是如何移动的。”
在本文中描述的工作,三维漫射还有数据测量晶体的酶(一种蛋白质)和胰蛋白酶(一种酶,这种酶能降解蛋白质)在斯坦福同步辐射光源(SSRL),美国能源部(DOE)办公室用户设备。亚博老虎机网登录测量提取和运动建模使用电脑在洛斯阿拉莫斯国家实验室,劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学,旧金山。正在进行的计算工作包括模拟说和野马,超级计算集群在洛斯阿拉莫斯国家实验室的机构计算程序。
数据的平均相对较弱的特性提高了成像的清晰度扩散特性,已值作为研究人员对蛋白质的角色运动越来越感兴趣。在设计一个新的药物,例如,一个旨在产生一个小分子,结合功能的网站在一个特定的蛋白质和其活动。有更好的建模、适应更紧密地匹配实验分散数据,迈向一个新的医药产品,可以减少,更准确地占蛋白质药物的相互作用的运动。
新方法可以提高新的和正在进行的实验,可能被用来探索数据之前进行晶体学实验如果背景噪音水平不是太严重。
“数据从现代最新x射线源与探测器往往是最好的数据类型我们可以分析、“墙说,但将重新考察“一些旧数据。”
使用这种新方法,科学家们可以详细模型的实验验证预测蛋白质的动作,如计算上开销很高的所有原子分子动力学模拟,和更便宜的“正常模式分析”,即蛋白质运动建模为振动在原子相互连接的网络软弹簧。
一个关键发现是,正常模式还有和胰蛋白酶的模型类似于扩散数据;这对调整详细的模型创建一个大道的蛋白质运动更好地同意数据。“我们计划在未来增加增加精度,细化步骤”墙说。更详细的模型提供了一个更直接的蛋白质结构和生物之间的联系机制,这对制药所需的应用程序。
这使用漫散射数据说明了潜在增加的理解蛋白质结构变化在任何x射线晶体学实验。墙说:“这是一个重要的一步移动漫散射分析到结构生物学的主流。”
摘要:“漫散射测量和建模蛋白质x射线晶体学,”作者安德鲁·h·范·Benschoten林刘(生物工程和治疗科学系,加州大学旧金山),安娜冈萨雷斯(斯坦福同步辐射光源,SLAC国家加速器实验室),亚伦布儒斯特,尼古拉斯·k·萨德(分子生物物理学和集成Bioimaging部门,劳伦斯伯克利国家实验室)的詹姆斯·s·弗雷泽(生物工程和治疗学系,加州大学旧金山)和迈克尔·e·墙(洛斯阿拉莫亚博老虎机网登录斯国家实验室)
资金:这项工作是由加州大学的总统办公室,跨校园研究项目和倡议格兰特先生- 15 - 338599,突破生物医学研究项目,部分由桑德勒基金会资助。使用斯坦福同步辐射光源,SLAC国家加速器实验室,由美国能源部支持,办公室基本能源科学。亚博老虎机网登录斯坦福同步辐射光源结构分子生物学项目由美国能源部支持办公室的生物和环境研究,美国国立卫生研究院,医学科学研究所。亚博老虎机网登录正在进行的计算机模拟是洛斯阿拉莫斯国家实验室机构支持的计算程序。索特被NIH资助GM095887支持。弗雷泽是由塞尔学者奖的亲属关系基础上,皮尤研究中心学者奖Pew慈善信托基金,帕卡德奖学金从戴维和露西尔帕卡德基金会,国家卫生研究院授予OD009180, NIH格兰特GM110580,和美国国家科学基金会stc - 1231306。亚博老虎机网登录墙是由美国能源部支持通过Laboratory-Directed洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究和发展项目。
图片标题:常规蛋白质x射线衍射图像处理把锋利的布拉格反射,产生噪声的图像扩散强度(左)。从多个晶体取向是集成到一个3 d图像数据集的信号是统计平均(中心,显示级别表面漫射强度在三维空间的时候)。三维数据显示极大的增强扩散特性,如模拟衍射图像获得使用集成的数据(对的,比较左面板)。三维数据用于验证和改进模型的蛋白质运动。(图片由洛斯阿拉莫斯国家实验室)
来源:http://www.lanl.gov/