MAINMASTとMAINMAST-GUIプラグインを用いた低温電子顕微鏡マップからのタンパク質構造モデリング

Protein Structure Modeling from Cryo-EM Map Using MAINMAST and MAINMAST-GUI Plugin.

• Genki Terashi
• Yuhong Zha
• Daisuke Kihara

抄録

タンパク質の構造モデル化は、3次元電子顕微鏡(EM)密度マップの構造解釈のための基本的なステップです。近年、低温電子顕微鏡技術の進歩により、4Å程度の分解能でのEMマップを作成するためには、タンパク質の構造モデリングツールが必要とされています。このような後方原子分解能では、主鎖構造の発見とアミノ酸配列のEMマップへの割り当ては依然として困難な課題である。私たちは、4.5Å程度の原子分解能でのEMマップのために、MAINMASTというデノボモデリングツールを開発しました。MAINMASTは、EM密度マップのディレクトリからタンパク質のバックボーン構造をトレースすることができます。また、MAINMAST の GUI プラグインを UCSF Chimera 用に開発し、モデリング手順の各段階で構造をモニターできるようにしました。この章では、MAINMAST ソフトウェアと MAINMAST-GUI を使用して、EM 密度マップからタンパク質構造モデルを構築した 2 つの例を紹介します。MAINMAST ソフトウェアと MAINMAST-GUI プラグインはアカデミックユーザー向けに http://kiharalab.org/mainmast/index.html から無償で入手できます。

Protein structure modeling is a fundamental step for the structural interpretation of 3D electron microscopy (EM) density map. Recently, because of the significant progress of the cryo-EM technique, protein structure modeling tools are needed for EM maps determined around 4 Å resolution. At this rear atomic resolution, finding main-chain structure and assigning the amino acid sequence into EM map are still challenging problems. We have developed a de novo modeling tool named MAINMAST for EM maps at near-atomic resolution (~4.5 Å). MAINMAST can trace the backbone structure of a protein from an EM density map directory. We also developed a Graphical User Interface (GUI) plugin of MAINMAST for the UCSF Chimera so that users can monitor structures at each step of a modeling procedure. In this chapter, we demonstrate two examples of the use of MAINMAST software and MAINMAST-GUI to build protein structure model from an EM density map. MAINMAST software and MAINMAST-GUI plugin are freely available for academic users at http://kiharalab.org/mainmast/index.html .