ChimeraX で結晶構造中の小分子の電子密度を描画する

はじめに

必要なものは次のとおりです。

1. ChimeraX がインストール済みであること
2. 結晶構造の座標が入った PDB ファイル
3. PDB ファイルに対応する電子密度の MTZ ファイル

本記事では 7VH8 を例に、この記事 を参考にして PDB と MTZ ファイルを取得します。

TL;DR

1. ChimeraX を開いて Clipper をインストールします。インストール方法は2つあります。

   1. GUI なら、Tools -> More Tools... から見つけてインストールできます。
   2. コマンド toolshed install clipper でインストールします。

2. PDB ファイルを開いたら、MTZ ファイルを ChimeraX にドラッグ&ドロップします。ダイアログが表示されるので、対応する PDB を選択してください。

   

   開くとこんな感じになります。

   

3. 電子密度を表示します。

   1. まず背景色を白にします。

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      set bgcolor white
      

   2. 次に小分子を選択します。

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      sel #1.2:4WI
      

   3. 小分子の周囲の電子密度だけを表示するには、次のコマンドを実行します。

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      clipper isolate sel surroundDistance 0 contextDistance 5 maskRadius 2.5 hideSurrounds true focus true
      

      パラメータ	説明
      sel	現在選択中の原子（つまり小分子）を指します。
      surroundDistance	選択範囲を拡張する距離を指定します。デフォルトは 0 Å です。このパラメータは、選択した原子に加えて、マップのカバー範囲の計算に含める原子を決めます。
      contextDistance	追加で表示するコンテキスト領域の距離を設定します。デフォルトは 5 Å です。この領域の原子は表示されますが、マップには覆われません。
      maskRadius	マップマスクの半径を指定します。デフォルトは 3 Å です。選択領域の周囲にマップをどれだけ広げるかを決めます。
      hideSurrounds	true の場合、surroundDistance の範囲外の原子は非表示になります（cartoon 表示には影響しません）。
      focus	true の場合、ビューがリセットされ、カバー領域が中央に表示されます。

      

   4. Contour Level を調整して色を付けます。

      ここで注意が必要なのは、Coot と ChimeraX では Contour Level の解釈が異なることです。

      ソフトウェア	Contour Level
      Coot	デフォルトでは、コンターレベルが標準偏差（sigma）単位で表示されます（画面上は rmsd と表示されます）。 Coot で Contour Level を 1.0 に設定した場合、実際には「平均密度 + 1.0σ」以上の密度値を持つ領域が表示されます。
      ChimeraX	通常は絶対電子密度値（electron/ų）でコンターレベルを表します。 volume #1 level 1.0 コマンドを実行すると、1.0 electron/ų 以上の密度値の領域が表示されます。

      つまり、次のとおりです。

      • ChimeraX でコンターレベルを標準偏差（standard deviation）単位で設定したい場合は、sdLevel を使います。Coot と同じ考え方です。
      • ChimeraX でコンターレベルを二乗平均平方根偏差（root-mean-square deviation）単位で設定したい場合は、rmsLevel を使います。
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      volume #1.1.1.2 sdLevel 1.0 color blue
      

      

      • ここでは color blue で色を指定できます。

      mFo-Fc 差マップの場合は、正負の両方のコンターレベルを設定するとよいでしょう。

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      volume #1.1.1.4 sdLevel 3.0 color green sdLevel -3.0 color red
      

      [!TIP]

      ChimeraX の画面中央に座標軸の中心を示すマーカーが表示されている場合は、cofr show false で非表示にできます。

   5. ライティングと色を少し調整するだけで、きれいな図が完成します。

      

おわりに

ネット上には、クライオ電子顕微鏡（cryo-EM）の密度マップの表示や着色を解説したチュートリアルはたくさんありますが、結晶構造の場合は少なめなので、参考になれば幸いです。

コメントでの議論も歓迎です。