衷心感谢 973 (2011CB911101) 项目组、 研讨班会务组、 生物物理所有关部门、 和全体与会人员 的大力支持

为什么要开研讨班？ 促进开发人员和用户的互动 促进软件的推广和不断发展 CCP4 Phenix Auto-Rickshaw

为什么 要有自己的软件？ 这关系到我们的 竞争能力

OASIS 当前的开发工作 是973 (2011CB911101) 项目的一个组成部分

结构生物学新方法 和新技术研究 基于上海同步辐射光源的 2011CB911101 项目 结构生物学新方法 和新技术研究 基于上海同步辐射光源的 结构生物学研究的技术支撑

X光科技由三个部分组成 光源 X光和物质相互作用的实验装置 数据分析方法 20世纪的X光科技 使许多科学的研究 得以在分子和原子的层次上进行

21世纪的、 基于自由电子激光的 X光科技 将会给众多相关的学科 带来革命性的变化

本项目的目标 是为当前的X光科技 打造基础设施 也为建立将来的 X光科技做好准备

我们是什么人？ -- 几个工匠： 张涛、古元新、范海福

从世界上最伟大的建筑设计师到辛勤地添砖加瓦的工人， 如果世界上没有这些“工匠”，我们该住在哪儿呢？ 工匠能做什么？ 从世界上最伟大的建筑设计师到辛勤地添砖加瓦的工人， 都是“工匠”。 如果世界上没有这些“工匠”，我们该住在哪儿呢？ 有两个地方可供选择： 洞里，或者树上！

Methods of Solving Crystal Structures URL: http://cryst.iphy.ac.cn OASIS - IPCAS Research group on Methods of Solving Crystal Structures URL: http://cryst.iphy.ac.cn Institute of Physics Chinese Academy of Sciences Beijing 100190, P.R. China

Single Isomorphous Substitution OASIS - One-wavelength Anomalous Scattering and Single Isomorphous Substitution

Iterative Protein-Crystal-structure IPCAS - Iterative Protein-Crystal-structure Automatic Solution

特色 1.直接法相位推演 2.双空间迭代算法 3.国际接轨 4.与时俱进

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

小分子直接法 1947 D. Harker & J. Kasper 1952 D. Sayre 1950’s J. Karle & H. Hauptman 1964 I. L. Karle & J. Karle 1970’s M. M. Woolfson 1985 Nobel Prize awarded to H. Hauptman & J. Karle 小分子直接法

大分子直接法 Ab initio direct methods: Saytan (M.M. Woolfson’s team, 1988 ~) SnB (H.A. Hauptman’s team, 1993 ~) ShelxD (G.M. Sheldrick’s team, 1994 ~) Acorn (M.M. Woolfson’s team, 2000 ~) Direct-method phase extension/refinement: (Combining direct methods with other protein phasing methods) Fan, H.F. Acta Phys. Sin. 21, 1114-1118 (1965) Sayre, D. Acta Cryst. A28, 210-212 (1972) Hauptman, H.A. Acta Cryst. A38, 632-641 ; 289-294 (1982) Giacovazzo, C. Acta Cryst. A39, 585-592 (1983) OASIS (IoP, CAS, 1984 ~)

双空间迭代框架 |Fo|exp(ij’) Þ r (r) 倒易空间： 正空间： 1. 以|Fo|替换|Fc| 调整r (r) 2. 调整j |Fc|exp(ij) Ü r’(r) 19

Dual-space iterative phasing Gerchberg, R.W. & Saxton, W.O. Optik, 34, 275-284 (1971)；35, 237-246 (1972) Wang, B.C. Methods in Enzymology 115, 90-112 (1985) Weeks, C. M., Detita, G. T., Miller, R. & Hauptman, H. A. Acta Cryst. D49, 179-181 (1993) Sheldrick, G. M., Hauptman, H. A., Weeks, C. M., Miller, R. & Usoâ N, I. (2001). International Tables for Crystallography Vol. F, edited by E. Arnold & M. Rossmann, pp. 333-351. Wang, J.W., Chen, J. R., Gu, Y. X., Zheng, C. D. & Fan, H. F. Acta Cryst. D60, 1991–1996 (2004) SAD/SIR phasing + model completion (fragment extension) 20

双空间迭代的效果 取决于如何调整电子密度 以及如何调整衍射相位

尝试法 |Fo|exp(ij) Þ r (r) 倒易空间： 正空间： 1. 以|Fo|替换|Fc| 构建 2. 不调整j 结构模型 |Fc|exp(ij) Ü r’(r) 约束条件 1.晶体的对称性； 晶胞参数； 有关的结构化学知识 2.用模型相位计算的 电子密度图 效能 可解决含～10个独立原子 的晶体结构 22

Patterson法 |Fo|exp(ij) Þ r (r) 倒易空间： 正空间： 1. 以|Fo|替换|Fc| 构建 2. 不调整j 结构模型 |Fo|exp(ij) Þ r (r) |Fc|exp(ij) Ü r’(r) 约束条件 1. Patterson函数 2.用模型相位计算的 电子密度图 效能 无重原子的晶体：可解决含～20个独立原子的结构； 含重原子的晶体：可解决含～100个独立原子的结构 23

直接法 |Fo|exp(ij) Þ r (r) 倒易空间： 正空间： 1. 以|Fo|替换|Fc| 构建 2. 直接推定j 结构模型 |Fc|exp(ij) Ü r’(r) 约束条件 E-图 约束条件 三相位结构不变量 的相互关系 效能 可解决含～1000个独立原子的晶体结构 24

传统蛋白质晶体学方法 |Fo|exp(ij) Þ r (r) 倒易空间： 正空间： 1. 以|Fo|替换|Fc| 构建 2. 推定j 结构模型 |Fo|exp(ij) Þ r (r) |Fc|exp(ij) Ü r’(r) 约束条件 由实验相位计算的 电子密度图 约束条件 MIR/SIR/MAD/SAD实验数据 或同源类似物的已知结构 效能 可解决含～10000个独立氨基酸残基的晶体结构 25

由OASIS负责相位推演的 “双空间SAD/SIR迭代” 以及“双空间MR迭代” 可以在迭代的每一轮都 根据上一轮的结构模型 对衍射相位作进一步调整

直接法与传统蛋白质方法的结合 |Fo|exp(ij) Þ r (r) 倒易空间： 正空间： 1. 以|Fo|替换|Fc| 构建 2. 推定j 结构模型 |Fo|exp(ij) Þ r (r) |Fc|exp(ij) Ü r’(r) 约束条件 由实验相位计算的 电子密度图 约束条件 P+公式 效能 在其它条件相同的情况下 其效能优于传统的方法 27

SAD phasing by OASIS X-rays Cu-Ka Acta Cryst. X-rays l=0.92Å 2.9Å Ba-SAD data Redundancy=3.9 SCIENCE 306, 104 (2004) X-rays Cu-Ka 2.1Å S-SAD data Acta Cryst. D61, 1533 (2005) Chinese Phys. B 17, 1 (2008) l=0.9796Å; 2.3Å Se-SAD data Auto-Rickshaw built a 57% model before and a 89% model after using OASIS J. Mol. Biol. 383, 49–61 (2008) X-rays l=0.9789Å 3.3Å Se-SAD data Redundancy=3.3 Nat. Struct. Mol. Biol. 13, 589 (2006) X-rays Cr-Ka 2.3Å S-SAD data 213 residues with 2 S atoms in the ASU。

OASIS-DM-ARP/wARP iteration 46 residues 13 with side chains MR model Cycle 2 ARP/wARP-DM iteration Cycle 1 Final 215 residues Cycle 3 OASIS-DM-ARP/wARP iteration Cycle 7 Cycle 5 201 residues all with side chains E7_C–Im7_C MR-model completion of E7_C–Im7_C (1ujz) by 图中所示为蛋白质复合物E7_C–Im7_C的MR模型迭代过程。左边是由分子置换(MR)法求得的部分结构模型；右边是经过精修之后的“最终”模型。从MR模型出发用ARP/wARP-DM迭代，所得结构模型逐轮退化如图底部所示。及至第三轮还出现运行错误。但是，在ARP/wARP和DM之间加入OASIS-2006，则可以自动构建出相当于整体结构90%以上的结构模型，如图上部所示。 29

MR iteration based on a Phenix SAD model Tom70p (2gw1) 3.3Å Se-SAD data, redundancy = 3.3 Model resulting from SAD phasing MR iteration Oasis - DM - Buccaneer - Refmac Final 1086 residues in the AU Residues build 1074 906 Residues assigned 1017 207 R / R free 0.285 / 0.403 0.48 / 0.59 30

after 7 cycles iteration of Oasis - DM - MR-iteration based on a Solve/Resolve MAD model Set9/7 (1h3i) 2.8Å data Model resulting from MAD phasing MAD model extended after 7 cycles iteration of Oasis - DM - Buccaneer - Refmac Final 586 residues in the AU Residues build 583 577 Residues assigned 575 516 R / R free 0.234 / 0.304 0.288 / 0.374 31

MR-iteration based on an MLPhare MIR model Rpe (1lia) 2.8Å data Model resulting from MIR phasing MIR model extended after 9 cycles of Oasis - DM - Buccaneer - Refmac Final 668 residues in the AU Residues build 752 751 Residues assigned 671 491 R / R free 0.246 / 0.315 0.366 / 0.477 32

MR iteration based on an Auto-Rickshaw MRSAD model TM1782 (1vkn) 1.8Å Se-SAD data, redundancy = 6.1 Model resulting from MRSAD phasing MR iteration Oasis - DM - Buccaneer - Refmac Final 1356 residues in the AU Residues build 1369 1234 Residues assigned 1353 1068 R / R free 0.230 / 0.300 0.261/0.342 33

MR iteration based on an Auto-Rickshaw MRSAD model TM0119 (2f4l) 2.5Å Se-SAD data, redundancy = 3.8 MR iteration Oasis - DM - Buccaneer - Refmac Final 1140 residues in the AU Model resulting from MRSAD phasing Residues build 1149 1099 Residues assigned 1127 1075 R / R free 0.231 / 0.295 0.237/0.300 34

谢谢！