先導的若手NMRスペシャリスト育成プログラム 第３回研修会
2011年6月3日 琵琶湖リゾートクラブ	

パルス実践２	

古板 恭子（阪大・蛋白研 PD）	Contents	
１．非線形サンプリング
2．POMA	非線形サンプリング	How to use	

非線形サンプリングとは	Conventional sampling vs. Sparse sampling(2048)(500)
2nd dimensionof 3D data set

non-FFT(MaxEnt etc)

FFT

3rd dimension of 3D data set(Rovnyak et al. JMR 2004)

まだらに取って時間短縮！
FFTはできない。(代わりにMaxEnt, MDD, MFT等で解析)

非線形サンプリング実験に必要なもの	

パルスプログラム
サンプリングスケジュール
解析ソフトウェア(MaxEnt, MDD, MFT)	

パルスプログラム	

Uniform Sampling HNCA	N	 Cα	 C	 N	 Cα	H	 H	 O	 H	 H	

①	
一定時間ずつ増やす（減らす）	
②	（Bruker ppcatalogueより）	

パルスプログラム	
（前略）
1 d11 ze
d11 pl16:f3
2 d11 do:f3
3 d1 pl1:f1
p1 ph1d26 pl3:f3(center (p2 ph1) (p22 ph1):f3 )d26 UNBLKGRAD(p1 ph2):f1
4u pl0:f1(p11:sp1 ph1:r):f1
4u
p16:gp1
d16(p21 ph3):f3
d21 pl19:f1(p26 ph2):f1
DELTA1 cpds1:f1 ph1(center (p14:sp3 ph1):f2 (p22 ph1):f3 )d23(p21 ph1):f3(p13:sp2 ph4):f2
d0(center (p14:sp5 ph1):f2 (p22 ph8):f3 )d04u(p14:sp3 ph1):f2
DELTA(p14:sp5 ph1):f24u(p13:sp8 ph1):f2
4u do:f1(p26 ph7):f1
4u
p16:gp2
d16(p26 ph2):f1
20u cpds1:f1 ph1(p21 ph5):f3
d30(p14:sp5 ph1):f2d30(center (p14:sp3 ph1):f2 (p22 ph8):f3 )d10(p14:sp5 ph1):f2
d29
4u do:f1(p26 ph7):f1
d21(p21 ph1):f3
p16:gp3
d16 pl0:f1

Uniform Sampling HNCA	
(p11:sp1 ph6):f1
4u
4u pl1:f1(p1 ph1)4u
p16:gp4d16
DELTA2 pl0:f1(p11:sp1 ph6):f1
4u
4u pl1:f1(center (p2 ph1) (p22 ph1):f3 )4u pl0:f1(p11:sp1 ph6):f1
4u
DELTA2
p16:gp4
d16 pl16:f3
4u BLKGRAD
go=2 ph31 cpd3:f3
d11 do:f3 mc #0 to 2
F1PH(rd10 & rd29 & rd30 & rp5 & ip4, id0)
F2PH(ip5, id10 & id29 & dd30)
exit
（後略）

(Bruker標準、hncagpwg3d)	

パルスプログラム	
Non Uniform Sampling HNCA	

listの数字だけ増やす（減らす）	

（Bruker ppcatalogueより）	

※NUSパルスプログラムはWagner Labのweb siteからダウンロードできる。
(http://gwagner.med.harvard.edu/)	

パルスプログラム	
Uniform Sampling	
go=2 ph31 cpd3:f3
d11 do:f3 mc #0 to 2
F1PH(rd10 & rd29 & rd30 & rp5 & ip4, id0)
F2PH(ip5, id10 & id29 & dd30)
exit	

ひとつずつdelayを増やす（減らす）	

非線形Sampling		
go=2 ph31 cpd3:f3
d11 do:f3 wr #0 if #0 zd;------------- non-linear sampling starts ----------------d12 ip5
lo to 3 times 2
d12 ip5*2
d12 ip4
lo to 4 times 2
d12 ip4*2; -------------- resetting everything --------------------d12 rd0
d12 rd10
d12 rd30
d12 rp31
d12 rp5
d12 rp4; ------------- State-TPPI for slow dimension -----------95
d12 ip31*2
d12 ip5*2
d12 id10
d12 dd30

95へ c 回ループ	
vclist 次の行へ	

lo to 95 times c

d12 ivc; ------------- State-TPPI for fast dimension -----------99
d12 ip31*2
d12 ip4*2
d12 id0lo to 99 times c

99へ c 回ループ	

d12 ivc
lo to 5 times l0 パルスの始めに戻る×
exit

サンプリング回数（l0)	

vclistの数字（c）だけdelayを増やす（減らす）	

サンプリングスケジュール	
非線形サンプリングのためのvclistの例 (※Bruker)	
# maximum points 36/80
10023
4
縦１列の数字の羅列	
20415
124
1181129806141133
10170・・・・※アジレントでは2列	1111 1
24 5
21 5
16 2
25 2
19 1230 91715 1234 11
18 1
32 6
16 12
31 6・・・	

サンプリングスケジュール	
RandomExponentialresolution

Gaussiansensitivity

Kazimierczuk et al. (JBNMR 2006)(MFT)

サンプリングスケジュールの簡単な作り方	
Schedule tool	 (http://sbtools.uchc.edu/nmr/)	

解析ソフトフェア	
MaxEntRowland NMR toolkit (rnmrtk)[http://rnmrtk.uchc.edu/rnmrtk/RNMRTK]
Azara [http://www.ccpn.ac.uk/azara]NMRPipe
MDD
mddNMR [http://www.e-nmr.eu/mdd-portal]
Topspin 3.0
MFT(Home-made)	

rnmrtkのMaxEnt用スクリプトの例	
#!/bin/shsection -d
section -c 2048 128 256
cat << EOF > fid.par
Format little-endian int-32
DOM t1t2t3
N240 C
1C1536 C
SW 3636.364 7692.308 15243.902
SF 96.3074659 238.9735729 950.3344648
PPM 118.024
56.667
4.698
QUAD STATESSTATES
STATES
EOF
cat << EOF > msa2d.par
DEBUG 1NLOOPS 40
DEF 10.0
LAMBDA 1.0
SCALEFIRST 0.5
SCHED 2d.sched
NOUT 64 128
PHASE 0.0 0.0 0.0 0.0
LW 0.0 0.0
JVALUE 0.0 0.0
EOFrnmrtk << EOF
load fid.dat
dim t3sstdc
fidpbc 5
sinebell shift 2
zerofill 2048
fft 0.5
phase 29.0 24474.3
reverserealpart
shrink 638 284
shell "msa2d t1 t2 msa2d.par"dim f2phase abs 0.0 0.0
realpart
dim f1phase abs 0.0 0.0
realpart
putnmrpipe test.ft3
EOF
section -d	測定例	
Full data points in the indirect sampling space: 80*(13C) × 36*(15N) = 2880 complex pts.	

1/8	

1/16	

1/24	

(360* pts.)	

(180* pts)	

(120* pts)	

13C/15N 2D projections of 3D HNCA spectra of 1 mM [13C,15N]-labeled

ubiquitin measured by using sparse sampling method, and processed by
Rowland NMR Toolkit (MaxEnt).	

POMA	
パルスをくむときに便利なソフトウェア	プロダクトオペレータの計算	
HSQC	

プロダクトオペレーターの計算→得られるスペクトルが予測できる→パルスを組むときに必須	

とてもたいへん	（第１回研修会演習問題より）	

POMA	
POMA - Product Operator formalism in MAthematica	
★パルスプログラムを入力すると、プロダクトオペレーターを計算してくれるソフトウェア★無料だけど、Mathematicaが必要	

References
Güntert, P. Symbolic NMR product operator calculations. Int. J. Quant. Chem. 106,344–350 (2006)
Güntert, P., Schaefer, N., Otting, G. & Wüthrich K. POMA, a complete Mathematicaimplementation of the NMR product operator formalism. J. Magn. Reson. A 101, 103–105 (1993)	

POMAによる計算例 1	
HSQC（位相サイクルつき）	
y	I	

Δ	

4y, 4(-y)	
Δ	

Δ	x, -x	

S	

Δ	

x, -x, -x, x	

2x, 2(-x)	

t1	
Δ=1/4J	POMAによる計算例 2	
HSQC（位相サイクルつき）	
y	

I	

Δ	

4y, 4(-y)	
Δ	

Δ	

y, -y	S	States-TPPIだと？	

Δ	

x, -x, -x, x	

2x, 2(-x)	

t1	
Δ=1/4J	POMAによる計算例 3	
HSQC（gradient coherence selection, echo-antiecho）	
y	I	

Δ	

4y, 4(-y)	
Δ	

Δ	x, -x	

S	

Δ	-x, x, x, -x	

2x, 2(-x)	

t1	

PFG	

G1*γ(S)/γ(I)	
G1	

Δ=1/4J	POMAによる計算例 3	
HSQC（gradient coherence selection, echo-antiecho）	
y	I	

Δ	

4y, 4(-y)	
Δ	

Δ	x, -x	

S	

Δ	-x, x, x, -x	

2x, 2(-x)	

t1	

PFG	
Δ=1/4J	POMAによる計算例 4	
Gradient sensitivity enhanced HSQC	
y	I	

Δ	

y	Δ	

Δ	

x	

S	

Δ	 Δ	-x	
Δ	

y	t1	

PFG	
Δ=1/4J	POMAによる計算例 4	
Gradient sensitivity enhanced HSQC	
y	I	

Δ	

y	
Δ	

Δ	-x	

S	

Δ	 Δ	-x	
Δ	

y	t1	

PFG	
Δ=1/4J