Hierarchical autoclassification of cryo-EM samples and macromolecular energy landscape determination
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND AND OBJECTIVE: Cryo-electron microscopy using single particle analysis is a powerful technique for obtaining 3D reconstructions of macromolecules in near native conditions. One of its major advances is its capacity to reveal conformations of dynamic molecular complexes. Most popular and successful current approaches to analyzing heterogeneous complexes are founded on Bayesian inference. However, these 3D classification methods require the tuning of specific parameters by the user and the use of complicated 3D re-classification procedures for samples affected by extensive heterogeneity. Thus, the success of these approaches highly depends on the user experience. We introduce a robust approach to identify many different conformations presented in a cryo-EM dataset based on Bayesian inference through Relion classification methods that does not require tuning of parameters and reclassification strategies. METHODS: The algorithm allows both 2D and 3D classification and is based on a hierarchical clustering approach that runs automatically without requiring typical inputs, such as the number of conformations present in the dataset or the required classification iterations. This approach is applied to robustly determine the energy landscapes of macromolecules. RESULTS: We tested the performance of the methods proposed here using four different datasets, comprising structurally homogeneous and highly heterogeneous cases. In all cases, the approach provided excellent results. The routines are publicly available as part of the CryoMethods plugin included in the Scipion package. CONCLUSIONS: Our results show that the proposed method can be used to align and classify homogeneous and heterogeneous datasets without requiring previous alignment information or any prior knowledge about the number of co-existing conformations. The approach can be used for both 2D and 3D autoclassification and only requires an initial volume. In addition, the approach is robust to the "attractor" problem providing many different conformations/views for samples affected by extensive heterogeneity. The obtained 3D classes can render high resolution 3D structures, while the obtained energy landscapes can be used to determine structural trajectories.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,004 | 0,012 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,003 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,003 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,002 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».