cryo-em画像処理のための微小管解放ベースのパイプライン

微小管は、in vitroおよびin vivoでさまざまなアーキテクチャを示すαβ-チューブリンヘテロダイマーから作られた極フィラメントです。チューブリンのヘテロダイマーは微小管壁に手術型に配置されていますが、多くの生理学的に関連するアーキテクチャは、縫い目として知られるらせん対称性の休憩を示します。したがって、α-チューブリンとβ-チューブリンの高い構造的類似性により、擬似ヘリカル微小管の騒々しい2Dクライオエレクトロン顕微鏡投影画像は、明確であるが非常に類似した見解を示しています。画像処理中のαβ-チューブリンレジスタとSEAMの位置の決定は、生物学的に関連する構造の決定を可能にするアラインメント精度に不可欠です。ここでは、人気のあるユーザーフレンドリーな解像度画像処理パッケージ、微小管解放ベースのパイプライン（MIRP）に基づいて、画像処理と高解像度の再構築のために設計されたパイプラインを紹介します。パイプラインは、微小管の幾何学的な格子制約に関する監視された分類と事前知識の組み合わせを使用して、微小管アーキテクチャとSEAMの位置を正確に決定します。提示された方法は高速で半自動化されており、さまざまな微小管アーキテクチャと結合タンパク質を含むテストデータセットを使用して、原子近く解像度の再構成を生成します。

Microtubules are polar filaments built from αβ-tubulin heterodimers that exhibit a range of architectures in vitro and in vivo. Tubulin heterodimers are arranged helically in the microtubule wall but many physiologically relevant architectures exhibit a break in helical symmetry known as the seam. Noisy 2D cryo-electron microscopy projection images of pseudo-helical microtubules therefore depict distinct but highly similar views owing to the high structural similarity of α- and β-tubulin. The determination of the αβ-tubulin register and seam location during image processing is essential for alignment accuracy that enables determination of biologically relevant structures. Here we present a pipeline designed for image processing and high-resolution reconstruction of cryo-electron microscopy microtubule datasets, based in the popular and user-friendly RELION image-processing package, Microtubule RELION-based Pipeline (MiRP). The pipeline uses a combination of supervised classification and prior knowledge about geometric lattice constraints in microtubules to accurately determine microtubule architecture and seam location. The presented method is fast and semi-automated, producing near-atomic resolution reconstructions with test datasets that contain a range of microtubule architectures and binding proteins.