PofoliaPofolia ile paylaşıldı

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

Md Ehashan Rabbi Pial, Farhan Noor Dehan, Salim Sazzed

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 ↗

ÇıkarımlarPremium
Makaleye SorÜcretsiz hesapla

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 et

Google ya da Apple hesabınla giriş; kart istemez. Bu makaleye geri dönersin.

Telefonda:

Structural BiologyBiochemistry, Genetics and Molecular Biology