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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
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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
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为什么 要有自己的软件？ 这关系到我们的 竞争能力
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OASIS 当前的开发工作 是973 (2011CB911101) 项目的一个组成部分
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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
2011CB 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
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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
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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
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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
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我们是什么人？ -- 几个工匠： 张涛、古元新、范海福
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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！
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Methods of Solving Crystal Structures URL: http://cryst.iphy.ac.cn
OASIS - IPCAS Research group on Methods of Solving Crystal Structures URL: Institute of Physics Chinese Academy of Sciences Beijing , P.R. China
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Single Isomorphous Substitution
OASIS - One-wavelength Anomalous Scattering and Single Isomorphous Substitution
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Iterative Protein-Crystal-structure
IPCAS - Iterative Protein-Crystal-structure Automatic Solution
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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
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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
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小分子直接法 1947 D. Harker & J. Kasper 1952 D. Sayre
1950’s J. Karle & H. Hauptman I. L. Karle & J. Karle 1970’s M. M. Woolfson Nobel Prize awarded to H. Hauptman & J. Karle 小分子直接法
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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, (1965) Sayre, D. Acta Cryst. A28, (1972) Hauptman, H.A. Acta Cryst. A38, ; (1982) Giacovazzo, C. Acta Cryst. A39, (1983) OASIS (IoP, CAS, 1984 ~)
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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
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Dual-space iterative phasing
Gerchberg, R.W. & Saxton, W.O. Optik, 34, (1971)；35, (1972) Wang, B.C. Methods in Enzymology 115, (1985) Weeks, C. M., Detita, G. T., Miller, R. & Hauptman, H. A. Acta Cryst. D49, (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 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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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。
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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谢谢！
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