超分子：动力学结构的表示与恢复，及其在冷冻电镜中柔性大分子结构中的应用
计算机视觉与模式识别
2020-04-22 v1 应用统计
摘要
冷冻电子显微镜（cryo-EM，2017 年诺贝尔化学奖得主技术）是一种从大量噪声 2-D 投影中确定大分子 3-D 结构的技术，这些投影来自取向与位置未知的大分子实例。分子结构并非刚性物体，而是参与动力学过程的柔性物体。不同构象由 cryo-EM 实验中观察到的不同大分子实例展现，每个实例记录为一幅颗粒图像。构象范围及每颗粒的构象并非先验已知；cryo-EM 的一大前景正是绘制该构象空间。尽管各颗粒图像取向未知，从同质分子样本确定刚性结构已取得显著进展，且从差异较大的构象混合物中恢复少数离散状态也进展明显，但更复杂的异质样本仍是重大挑战。我们引入“超分子”框架，用于建模异质分子不同状态（包括连续状态）下的结构。该框架核心思想是将异质大分子表示为高维对象，附加维度表示构象空间。进而细化该思想以建模局部异质性等性质。此外，我们引入一种算法框架，通过问题的贝叶斯公式与马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）算法，从实验数据恢复此类异质对象映射，以应对高维超分子恢复中的计算挑战。我们在应用于合成数据的原型中展示了这些思想。
引用
@article{arxiv.1907.01589,
title = {Hyper-Molecules: on the Representation and Recovery of Dynamical Structures, with Application to Flexible Macro-Molecular Structures in Cryo-EM},
author = {Roy R. Lederman and Joakim Andén and Amit Singer},
journal= {arXiv preprint arXiv:1907.01589},
year = {2020}
}