Direct-method SAD phasing.

Slides:



Advertisements
Similar presentations
Haifu Fan & Yuanxin Gu Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences P.R. China Haifu Fan.
Advertisements

3D Wand による 3 次 元形状計測. 3次元形状計測装置  3D Wand(テクノドリーム 21 社 製)  構成 3D Wand 本体: 7 つの発光ダイオー ドとラインレーザー発光装置が一体となっ た手に持って移動できる電池駆動の装置.
SPSSによるHosmer-Lemeshow検定について
物理演算を利用したビデオエフェクタの 作成 浅野益弘. 研究内容 経緯 NiVE ( Nico Visual Effects )用のエフェ クトプラグインの作成 本プラグインにより動画作成にかかる 時間と手間の短縮と省力化を目指す.
あなたは真夜中に 山の頂上を目指す登山者です
東京工科大学 コンピュータサイエンス 亀田弘之
7.n次の行列式   一般的な(n次の)行列式の定義には、数学的な概念がいろいろ必要である。まずそれらを順に見ていく。
9.線形写像.
九州大学 岡村研究室 久保 貴哉 1. 利用中のAPの数の推移 2 横軸:時刻 縦軸:接続要求数 ・深夜では一分間で平均一台、 昼間では平均14台程度の接続 要求をAPが受けている。 ・急にAPの利用者数が増えてく るのは7~8時あたり.
麻雀ゲーム 和島研究室 ソ 小林巧人
5.連立一次方程式.
ノイズ. 雑音とも呼ばれる。(音でなくても、雑 音という) 入力データに含まれる、本来ほしくない 成分.
広告付き価格サービ ス 小園一正. はじめに 世の中には様々な表現方法の広告があり ます。その中でも私たち学生にとって身 近にあるものを広告媒体として取り入れ られている。 価格サービス(無料配布のルーズリー フ)を体験したことにより興味を惹かれ るきっかけとなった。主な目的は、これ.
素数判定法 2011/6/20.
1章 行列と行列式.
本宮市立白岩小学校. 1 はじめに 2 家庭学習プログラム開発の視点 ① 先行学習(予習)を生かした 確かな学力を形成する授業づく り ② 家庭との連携を図った家庭学習の習慣化.
フーリエ級数. 一般的な波はこのように表せる a,b をフーリエ級数とい う 比率:
Excelによる積分.
1 6.低次の行列式とその応用. 2 行列式とは 行列式とは、正方行列の特徴を表す一つのスカ ラーである。すなわち、行列式は正方行列からスカ ラーに写す写像の一種とみなすこともできる。 正方行列 スカラー(実数) の行列に対する行列式を、 次の行列式という。 行列 の行列式を とも表す。 行列式と行列の記号.
計算のスピードアップ コンピュータでも、sin、cosの計算は大変です 足し算、引き算、掛け算、割り算は早いです
線形符号(10章).
複素数.
システムプログラム論 課題 大村 廉. 課題 Java を用いて Producer / Consumer 問題を解決する MyBuffer クラスを –Synchronized キーワード –Semaphore クラス (java.util.concurrent.Semaphore) を用いてそれぞれ作りなさい.
信号測定. 正弦波 多くの場合正弦波は 0V の上下で振動する しかし、これでは AD 変換器に入れら れないので、オフ セットを調整して データを取った.
1 9.線形写像. 2 ここでは、行列の積によって、写像を 定義できることをみていく。 また、行列の積によって定義される写 像の性質を調べていく。
3.正方行列(単位行列、逆行列、対称行列、交代行列)
レイアウトとデザインの基本 情報処理演習2.
学習者の意欲を高める音読指導の 一時例 1 Speak を使った 音読指導 鈴木政浩(西武文理大学)
OASIS-2004 Institute of Physics, CAS, Beijing, P.R. China A direct-method program for ab initio phasing and reciprocal-space fragment.
論理回路 第1回. 今日の内容 論理回路とは? 本講義の位置づけ,達成目標 講義スケジュールと内容 受講時の注意事項 成績の評価方法.
伝わるスライド 中野研究室 M2 石川 雅 信. どのようなスライドを作れば良 いか 伝えたいこと.
Three-Year Course Orientation International Course.
Analog “ neuronal ” networks in early vision Koch and Yuille et al. Proc Academic National Sciences 1986.
JPN 311: Conversation and Composition 許可 (permission)
方程式を「算木」で 解いてみよう! 愛媛大学 教育学部 平田 浩一.
C言語応用 構造体.
HSPによる学習機能付き シューティングゲームの製作
1 中野研究室 4 年ゼミのイロハ 斉藤(修士 2 年) ( 2009 年 ”4 年ゼミのイロハ ” を参考に作りました)
移動エージェントプログラムの 動作表示のためのアニメーション言 語 名古屋大学情報工学コース 坂部研究室 高岸 健.
プログラミングⅠ( 2 組) 第 1 回 / pLB1.pptx.
「ネット社会の歩き方」レッスンキット プレゼンテーション資料集 15. チャットで個人情報は 言わない プレゼンテーション資料 著作権は独立行政法人情報処理推進機構( IPA )及び経済産業省に帰属します。
8.任意のデータ構造 (グラフの表現とアルゴリズム)
実験5 規則波 C0XXXX 石黒 ○○ C0XXXX 杉浦 ○○ C0XXXX 大杉 ○○ C0XXXX 高柳 ○○ C0XXXX 岡田 ○○ C0XXXX 藤江 ○○ C0XXXX 尾形 ○○ C0XXXX 足立 ○○
In honor of Professor B.C. Wang receiving the 2008 Patterson Award In honor of Professor B.C. Wang receiving the 2008 Patterson Award Direct Methods and.
オセロの思考アルゴリズムについて 1103072 岩間 隆浩.
携帯電話でのコミュニ ケーションについて 1班真田 出水 佐伯 堺. 仮説  女性のほうが携帯電話を使ったコミュニ ケーションを重要視する。
Direct Methods By Fan Hai-fu, Institute of Physics, Beijing Direct Methods By Fan Hai-fu, Institute of Physics, Beijing
Kitenet の解析 (110118) 九州大学 工学部 電気情報工学科 岡村研究室 久保 貴哉.
音の変化を視覚化する サウンドプレイヤーの作成
HCC Hair Color Change. メンバー ソ 渋谷麻美 ソ 渋谷麻美 ソ 清野理衣子 ソ 清野理衣子 ソ 三上貴大 ソ 三上貴大.
Self-efficacy(自己効力感)について
OASIS-2006 Institute of Physics Chinese Academy of Sciences Beijing , P.R. China Institute of Physics Chinese Academy of Sciences Beijing ,
H.F. Fan & Y.X. Gu Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences P.R. China H.F. Fan & Y.X.
SAD phasing by OASIS-2004 SAD phasing by OASIS-2004.
International Conference on Structural Genomics 2006 Hands-on Workshop III International Conference on Structural Genomics 2006 Hands-on Workshop III Automated.
たくさんの人がいっしょに乗れる乗り物を 「公共交通」といいます バスや電車 と 自動車 の よいところ と よくない ところ よいところ と よくない ところ を考えてみよう!
Zhang, T., He, Y., Wang, J.W., Wu, L.J., Zheng, C.D., Hao, Q., Gu, Y.X. and Fan, H.F. (2012) Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences Beijing,
OASIS What is it? How it works? What next? What is it? How it works? What next?
Electron crystallographic methods of solving modulated structures Electron microscopy X-ray crystallography Direct methods Pseudo translational symmetries.
21 Sep 2006 Kentaro MIKI for the PHENIX collaboration University of Tsukuba The Physical Society of Japan 62th Annual Meeting RHIC-PHENIX 実験における高横運動量領域での.
英語勉強会 名手⇒詫間 2015/10/22. 原文 This study says acquiring motor skills support system. There is how to acquire moor skills that coach advises learner. Motor.
H.F. Fan 1, Y.X. Gu 1, F. Jiang 1,2 & B.D. Sha 3 1 Institute of Physics, CAS, Beijing, China 2 Tsinghua University, Beijing, China 3 University of Alabama.
A Simulator for the LWA Masaya Kuniyoshi (UNM). Outline 1.Station Beam Model 2.Asymmetry Station Beam 3.Station Beam Error 4.Summary.
HES-HKS & KaoS meeting. Contents Different distorted initial matrices Distorted matrix sample 6 (dist6) Distorted matrix sample 7 (dist7) Distorted matrix.
雪 ゆき. 雪や こんこ ゆき.
Compton scattering and Klein-Nishina formula
肝臓移植 プロの肝臓移植サービスを選 択. 肝臓移植が必要なのはいつです か? 肝移植は、肝臓がもはや 適切に機能しなくなった とき(肝不全)に考慮さ れる。 ウイルス性肝炎、 薬物誘発傷害または感染 の結果として肝不全が突 然起こることがある(急 性肝不全)。 肝不全は長 期的な問題の最終結果で.
OASIS-2004 A direct-method program for
Solving Crystal Structures
By Fan Hai-fu, Institute of Physics, Beijing
Presentation transcript:

Direct-method SAD phasing

Early attempts

1985 1965: Fan, H. F. Chinese Physics, 1429. 1966: Karle, J. Acta Cryst. 21, 273. 1970: Hazell, A. C. Nature 227, 269. 1973: Sikka, S. K. Acta Cryst. A29, 211. 1978: Heinerman, J. J. L., Krabbendam, H., Kroon, J. & Spek, A. L. Acta Cryst. A34, 447. 1982: Hauptman, H. A. Acta Cryst. A38, 632. 1983: Giacovazzo, C. Acta Cryst. A39, 585. 1985: Fan, H. F. and Gu, Y. X. Acta Cryst. A41, 280. 1993: Kyriakidis, C. E., Peschar, R. and Schenk, H. Acta Cryst. A49, 557. 1998: Fan, H. F. et al. in Direct Methods for Solving Macromolecular Structures, Kluwer Academic Publishes, pp. 479-485. 1985

Direct-method phasing of the 2Å experimental SAD data of the protein aPP Avian Pancreatic Polypeptide Space group: C2 Unit cell: a=34.18, b=32.92, c=28.44Å b=105.3o Protein atoms in ASU: 301 Resolution limit: 2.0Å Anomalous scatterer: Hg, Zn Wavelength: 1.542Å (Cu-Ka) Df” = 7.686, 0.678 Phasing: direct methods Acta Cryst. (1990). A46, 935.

Direct phasing of the 3Å SAD data of the Space group: I222 Unit cell: a=95.27; b=105.41, c= 47.56Å Protein atoms in ASU: 1836 Resolution limit: 3.0Å Anomalous scatterer: Se l = 0.9795Å; Df” = 3.663 Phasing: direct methods + solvent flattening + non-crystallographic symmetry averaging Acta Cryst. (1995). D51, 342. protein core streptavidin

A computer program for breaking OASIS (The first edition, 2000) http://www.ccp4.ac.uk/dist/html/oasis.html A computer program for breaking the phase ambiguity in One-wavelength Anomalous Scattering or Single Isomorphous Replacement (Substitution) protein data.

Mlphare + dm Oasis + dm Acta Cryst. (1999). D55, 1620-1622. The first example of solving an unknown protein by direct-method phasing of 2.1Å SAD data Rusticyanin, MW: 16.8 kDa; SG: P21; a=32.43, b=60.68, c=38.01Å ; b=107.82o ; Anomalous scatterer: Cu

tetragonal hen egg-white lysozyme Laboratoire de Cristallographie Macromoléculaire, Institut de Biologie Structurale J.-P. Ebel CEA-CNRS-UJF, 41 Rue Jules Horowitz, 38027 Grenoble CEDEX 01, France Acta Cryst. D58, 1-9 (2002). Gd-HPDO3A, a complex to obtain high-phasing-power heavy-atom derivatives for SAD and MAD experiments: results with tetragonal hen egg-white lysozyme OASIS + DM Éric Girard, Laurent Chantalat, Jean Vicat and Richard Kahn

J. Mol. Biol. 348, 951–959 (2005) Crystal Structures of Fms1 and its Complex with Spermine Reveal Substrate Specificity Qingqiu Huang1, Qun Liu1 and Quan Hao1,2 1MacCHESS at the Cornell High Energy Synchrotron Source, Cornell University Ithaca, NY 14853-8001, USA 2Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China

Basis for structural diversity in homologous RNAs Science, Vol. 306, Issue 5693, 104-107 (2004) Basis for structural diversity in homologous RNAs Andrey S. Krasilnikov*, Yinghua Xiao*, Tao Pan†, and Alfonso Mondragón* * Department of Biochemistry, Molecular Biology and Cell Biology, Northwestern University, Evanston, IL 60208, USA † Department of Biochemistry and Molecular Biology, University of Chicago, 920 East 58th Street, Chicago, IL 60637, USA For SAD phasing, the positions of the first 3 Ba+2 sites were identified using SOLVE, 6 more Ba+2 sites were identified and added during heavy atom refinement with SHARP. The phase ambiguity in SAD phasing was partially resolved using OASIS and solvent flattening with SOLOMON as implemented in SHARP. Further improvement of the phases was achieved by doing iterative cycles of phase refinement incorporating phase information from partially built models followed by solvent flattening.

CrKα線を用いたSAD 法による位相決定 構造生物 Vol.10 No.1 2004 年2 月発行 CrKα線を用いたSAD 法による位相決定 理学電機(株) 山野昭人、佐藤貴久、長谷川智一 初期位相の決定はSHARP やOASIS が成績が良い。MLPHARE でも可能との事だが、筆者の使用法の問題だと思われるが、これまで成功した経 験がない。 図2 はサウマチンの解析例である。1 フレームを0.5度振動、1 分露光で180 度分測定したイメージをHKL2000 で処理。15-3Åのデータを用いてSHELX97 を実行。8 個のS-S の位置と1 個の硫黄原子の位置全てが決定できた。これらの座標を基にOASIS を実行。初期位相を決定した。DM およびSOLOMON に より位相を改良した。

OASIS-2004 A direct-method program for Institute of Physics, CAS, Beijing, P.R. China http://cryst.iphy.ac.cn A direct-method program for ab initio phasing and reciprocal-space fragment extension with SAD/SIR data

Difficult SAD phasing SAD phasing at Bijvoet ratio ~ 0.56% An originally unknown protein with 1206 residues in the ASU solved automatically using Cr-Ka sulfur-SAD data

OASIS-2004 application Xylanase Contoured at 1s Space group: P21 Unit cell: a = 41.07, b = 67.14, c = 50.81Å b = 113.5o Resolution limit: 1.75Å; Multiplicity: 15.9 Anomalous scatterer: S (5 ) X-rays: synchrotron radiation l = 1.488Å; D f ” = 0.52 Bijvoet ratio: <|DF |>/<F > = 0.56% Phasing: OASIS-2004 + DM (Cowtan) Model building: RESOLVE BUILD & ARP/wARP found 299 of the total 303 residues at the 6th cycle of iteration Data courtesy of Dr. Z. Dauter, National Cancer Institute, USA

TT0570 OASIS-2004 application Space group: P21212 Unit cell: Data courtesy of Professor Isao Tanaka & Dr. Nobuhisa Watanabe Graduate School of Science, Hokkaido University, Japan Space group: P21212 Unit cell: a = 100.2639 b = 108.9852 c = 114.6272Å Number of residues in the ASU: 1206 Resolution range: 50.00-2.01Å Multiplicity: 20.9 Anomalous scatterer: S (22) Wavelength: l = 2.291Å; Df ” = 1.14 Bijvoet ratio: <|DF|>/<F> = 1.16% Phasing: OASIS-2004 + DM (Cowtan) Model building: RESOLVE BUILD & ARP/wARP ARP/wARP found 1153 of the total 1206 residues after 2 cycles of iteration OASIS-2004 application

OASIS-2004 Features of

Better initial SAD phases

Phase information available in SAD Bimodal distribution of SAD The phase of F” Phase information available in SAD Cochran distribution Peaked at any where from 0 to 2p Peaked at Sim distribution

Two different kinds of initial SAD phases + PSim PBimodal Sim-modified phases PSim PCochran P+ P+ + P P+-modified phases

Cover figure of Acta Cryst. D60, Part 11 (2004) Se-SAD Histone Methyltransferase Set 7/9 Space group: P212121 Unit cell: a = 66.09, b = 82.83, c = 116.15Å Number of residues in ASU: 560 Number of independent reflections: 16352 Resolution limit: 2.8Å Multiplicity: 3.8 Anomalous scatterer: Se(12) l = 0.9794Å; Df’ = -7.5, Df” = 6.5 Bijvoet ratio: <|DF|>/<F> = 7.03% SAD phasing by OASIS-2004 + DM Data provided by Dr. S. J. Gamblin and Dr. B. Xiao Cover figure of Acta Cryst. D60, Part 11 (2004)

Comparison of the two kinds of initial phases using 4 typical reflections from the protein histone methyltransferase SET 7/9

Comparison on cumulative phase errors sorted in descending order of Fobs Number of reflections Errors of Sim-modified phases ( o ) Errors of P+-modified phases ( o ) 1500 57.1 45.8 3000 57.1 49.1 4500 56.5 50.0 6000 57.0 51.2 7500 57. 8 52.9 9000 58.7 54.1 10500 59.4 55.6 12000 60.8 56.9 13500 61.9 58.4 15000 63.4 60.2 16352 65.2 62.3

2. Inclusion and auto balance of the lack-of-closure error in the direct-method phasing formula

Automatic solution of protein structures OASIS-2004 DM by a single run of RESOLVE (Build only) and/or ARP/wARP +

Br-SAD OASIS-2004 application Pepstatin-insenstive carboxylproteinase Contoured at 1s Pepstatin-insenstive carboxylproteinase Space group: P62 Unit cell: a = b = 97.31, c = 82.94Å, g = 120o Resolution limit: 1.8Å; Multiplicity: 5.45 Anomalous scatterer: Br (13) X-rays: synchrotron radiation l = 0.9191Å; D f ” = 5.0 Bijvoet ratio: <|D F |>/<F > = 7.06% Phasing: OASIS-2004 + DM (Cowtan) Model building: ARP/wARP found 358 of the total 372 residues Data courtesy of Dr. Z. Dauter, National Cancer Institute, USA

Xe-SAD OASIS-2004 application Porcine Pancreatic Elastase Contoured at 1s Porcine Pancreatic Elastase Space group: P212121 Unit cell: a = 50.2, b = 58.1, c = 74.3Å Resolution limit: 1.94Å; Total rotation range: 360o Anomalous scatterer: Xe (1) X-rays: synchrotron radiation l = 2.1Å; D f ” = 11.8 Bijvoet ratio: <|D F |>/<F > = 5.76% Phasing: OASIS-2004 + DM (Cowtan) Model building: ARP/wARP found 236 of the total 240 residues Data courtesy of Dr. M. S. Weiss, EMBL Hamburg Outstation, c/o DESY, Germany

S-SAD OASIS-2004 application Lysozyme Contoured at 1s Space group: P43212 Unit cell: a = 78.81, c = 36.80Å Atoms in the asymmetric unit: 1001 Resolution limit: 1.53Å; Multiplicity: 23 Anomalous scatterer: S (10), Cl (7) X-rays: synchrotron radiation l = 1.54Å; D f ” = 0.56, 0.70 Bijvoet ratio: <|D F |>/<F > = 1.55% Phasing: OASIS-2004 + DM (Cowtan) Model building: ARP/wARP found 128 of the total 129 residues Data courtesy of Dr. Z. Dauter, National Cancer Institute, USA

302 residues found automatically OASIS-2004 application YfbpA Space group: P212121 Unit cell: a = 42.792, b = 54.134, c = 115.222Å Resolution range: 57.74 – 1.42Å Anomalous scatterer: Fe (1) Wavelength: 1.542Å Df ” = 3.20 <|DF|>/<F> ~ 1.4% Phased by: OASIS + DM (Cowtan) Automatic model building by: ARP/wARP Data provided by Dr. Cheng Yang Rigaku/MSC, USA Cu-Ka Fe-SAD 302 residues found automatically

3. Dual-space fragment extension Partial model No Yes Reciprocal-space fragment extension by OASIS-2004 + DM Real-space RESOLVE BUILD and/or ARP/wARP OK? End

Examples Case study and

Azurin Cu-SAD Synchrotron l = 0.97Å Cycle 3 95% Azurin Cu-SAD Synchrotron l = 0.97Å Cycle 0 42% Xylanase S-SAD Synchrotron l = 1.49Å 99% Cycle 6 25% Cycle 0 Xylanase S-SAD Synchrotron l = 1.49Å Lysozyme S-SAD Cr-Ka 98% Cycle 6 52% Cycle 0 Lysozyme S-SAD Cr-Ka Glucose isomerase S-SAD Cu-Ka 17% Cycle 0 97% Cycle 6 Glucose isomerase S-SAD Cu-Ka Cr-Ka Se, S-SAD Alanine racemase Cycle 4 97% Cr-Ka Se, S-SAD Alanine racemase Cycle 0 52%

OASIS-2004 application Xylanase Contoured at 1s Space group: P21 Unit cell: a = 41.07, b = 67.14, c = 50.81Å b = 113.5o Resolution limit: 1.75Å; Multiplicity: 15.9 Anomalous scatterer: S (5 ) X-rays: synchrotron radiation l = 1.488Å; D f ” = 0.52 Bijvoet ratio: <|DF |>/<F > = 0.56% Phasing: OASIS-2004 + DM (Cowtan) Model building: RESOLVE BUILD & ARP/wARP found 299 of the total 303 residues at the 6th cycle of iteration Data courtesy of Dr. Z. Dauter, National Cancer Institute, USA

Xylanase: average phase error decreased during dual-space iteration Phase error in degrees 70 60 50 40 30 20 80 10 Cycle 5 1 6 2 4 3 Xylanase: average phase error decreased during dual-space iteration Is OASIS necessary here? Is OASIS necessary here? Yes What would it be without using RESOLVE (build only)? - OASIS-2004 - DM - Partial model from RESOLVE BUILD or ARP/wARP No

OASIS-DM-ARP/wARP Iteration Xylanase sulfur-SAD phasing Synchrotron radiation l = 1.49Å, <DF>/<F> = 0.56% 70 60 50 40 30 20 80 10 2 12 4 8 6 14 16 Phase error in degrees Cycle - OASIS-2004 - DM - Partial model from ARP/wARP

Improvement on electron-density map and automatic model building Cycle 0 Cycle 3 Cycle 6 Improvement on electron-density map and automatic model building

Inside direct-method SAD phasing

SAD formulation

SAD formulation F” F + F + - F” F* - F’ F o

SAD formulation F + ?

P+ formula

Maximizing P(Djh) Þ Djh=b

Replacing Ehexp(ia) with mhEhexp(iabest) Þ

Fan, H.F. & Gu, Y.X., Acta Cryst. A41, 280-284 (1985)

Fan, H.F. & Gu, Y.X., Acta Cryst. A41, 280-284 (1985)

Thank you!