cryo-em画像の異方性拡大を修正するためのアルゴリズムの説明と比較

単一粒子電子凍結顕微鏡（CRYO-EM）により、タンパク質とタンパク質複合体の構造を非結晶標本の画像から決定できます。cryo-emデータ分析では、3次元（3D）構造を計算する際にコヒーレント平均化を可能にするために、ランダムに配向した氷埋め込みタンパク質粒子の電子顕微鏡画像を回転および翻訳する必要があります。通常、2D画像の回転は、電子顕微鏡の倍率がすべての方向で同じであるという仮定で行われます。ただし、電子光異常のため、この状態は、直接検出器デバイス（DDD）カメラを使用してcryo-EMに必要な設定で使用された場合、一部の電子顕微鏡で満たされません。実際の空間における線形補間による画像の補正により、対称粒子の極低音色画像から高解像度構造を計算することができました。ここでは、単純な実際の空間法、単純なフーリエ空間法、および拡大の測定された異方性の画像を修正するためのやや洗練されたフーリエ空間法を説明して比較します。さらに、異方性の倍率は、画像パワースペクトルから推定されたコントラスト伝達関数（CTF）パラメーターを引き起こし、明らかな系統的乱視を持つようにします。この問題に対処するために、歪んだ画像から測定されたCTFパラメーターを調整して、修正された画像で使用できるようにするアプローチを開発します。CTFパラメーターに対する異方性倍率の効果は、cryo-emデータセットの拡大異方性を検出する簡単な方法を提供します。

Single particle electron cryomicroscopy (cryo-EM) allows for structures of proteins and protein complexes to be determined from images of non-crystalline specimens. Cryo-EM data analysis requires electron microscope images of randomly oriented ice-embedded protein particles to be rotated and translated to allow for coherent averaging when calculating three-dimensional (3D) structures. Rotation of 2D images is usually done with the assumption that the magnification of the electron microscope is the same in all directions. However, due to electron optical aberrations, this condition is not met with some electron microscopes when used with the settings necessary for cryo-EM with a direct detector device (DDD) camera. Correction of images by linear interpolation in real space has allowed high-resolution structures to be calculated from cryo-EM images for symmetric particles. Here we describe and compare a simple real space method, a simple Fourier space method, and a somewhat more sophisticated Fourier space method to correct images for a measured anisotropy in magnification. Further, anisotropic magnification causes contrast transfer function (CTF) parameters estimated from image power spectra to have an apparent systematic astigmatism. To address this problem we develop an approach to adjust CTF parameters measured from distorted images so that they can be used with corrected images. The effect of anisotropic magnification on CTF parameters provides a simple way of detecting magnification anisotropy in cryo-EM datasets.