ACS Omega· 2026Q1
Derin Öğrenme, Orta Çözünürlüklü Cryo-EM Haritalarında Protein İkincil Yapı Segmentasyonu İçin Kullanıldı: Çözünürlük Katmanlı Bir Kıyaslama Veri Seti ve Kontrollü Değerlendirme
Deep Learning for Protein Secondary-Structure Segmentation in Intermediate-Resolution Cryo-EM Maps: A Resolution-Stratified Benchmark Dataset and Controlled Evaluation
- 0atıf
- Q1SCImago
- 2026yıl
Kısa özet
Residual U-Net, orta çözünürlüklü cryo-EM haritalarında (4.5–8.0 Å) protein ikincil yapılarının (helisler, tabakalar, NPSS) segmentasyonu için en yüksek segmentasyon doğruluğunu (Macro-FG F1 skoru) elde etti; performans bu aralıktaki daha yüksek çözünürlüklerde tutarlı bir şekilde iyileşti.
Yapay zekâ ile başlık ve abstract'tan üretildi; tam metin okunmaz.
Ana noktalar
- Helisler, tabakalar ve NPSS bölgeleri için voksel düzeyinde etiketlenmiş, çözünürlük katmanlı yeni bir kıyaslama veri seti (4.5–8.0 Å), 972 protein zinciri örneğinden oluşturuldu.
- Residual U-Net, üç çözünürlük grubunda da (4.5–5.5, 5.5–6.5, 6.5–8.0 Å) ikincil yapı segmentasyonu için en yüksek Macro-FG F1 skorunu elde etti.
- Değerlendirilen beş mimarinin (U-Net, Residual U-Net, Attention U-Net, UNETR, Swin-UNETR) segmentasyon doğruluğu, daha yüksek çözünürlüklü haritalarla arttı.
- Tüm modeller ve çözünürlük gruplarında helisler, tabakalar ve NPSS bölgelerine göre daha doğru segmentasyona uğradı.
Yapay zekâ ile başlık ve abstract'tan üretildi; tam metin okunmaz.
Özet (abstract)
Abstract Accurate segmentation of protein secondary structures in cryo-electron microscopy (cryo-EM) maps is crucial for protein tracing and atomic model building, yet remains challenging at intermediate resolutions. Although deep learning architectures have recently been applied to this task, there remains a lack of standardized evaluation protocols and systematic resolution-stratified analyses. Consequently, it remains unclear how segmentation performance varies across finer resolution ranges within the intermediate-resolution regime and how different volumetric segmentation architectures compare under controlled experimental conditions. To address these gaps, we present a nonredundant, resolution-stratified benchmark dataset and a controlled evaluation framework for protein secondary-structure segmentation in intermediate-resolution cryo-EM maps. The dataset comprises 972 nonredundant protein-chain samples from 495 cryo-EM protein structures resolved at 4.5–8.0 Å, with voxel-level annotations for helices, sheets, and non-periodic secondary-structure (NPSS) regions. The dataset is stratified into three resolution ranges─4.5–5.5, 5.5–6.5, and 6.5–8.0 Å─to enable systematic analysis of resolution-dependent segmentation performance. Using this benchmark, we evaluate five representative convolutional and transformer-based volumetric segmentation architectures─U-Net, Residual U-Net, Attention U-Net, UNETR, and Swin-UNETR─under standardized preprocessing, training, and evaluation protocols. Residual U-Net achieves the highest macro-averaged foreground (Macro-FG) F1 score in all three resolution bins, while helices are segmented more accurately than sheets and NPSS regions. All five architectures achieve their highest Macro-FG F1 scores in the highest-resolution bin, whereas performance varies between the two lower-resolution bins across architectures and secondary-structure classes. Overall, this benchmark enables fine-grained analysis of resolution-dependent segmentation performance, supports reproducible method development, and facilitates controlled comparison of future cryo-EM secondary-structure segmentation approaches.
Yazarların özeti; kaynağından alınmıştır. ACS Omega, 2026 · DOI ↗
Ücretsiz hesapla devam et
Makaleye Sor ile bu makaleye günde 3 soru ücretsiz; makaleyi kaydet, kaynakçasını al, ilgi alanına göre her gün yeni özetler. Çıkarımlar Premium.
Web'de ücretsiz devam etGoogle ya da Apple hesabınla giriş; kart istemez. Bu makaleye geri dönersin.
Telefonda:
Structural BiologyBiochemistry, Genetics and Molecular Biology