科學家構建RNA三級結構自動化新方法

2020-12-04 科學網

 

來自華中科技大學的研究人員研發出了一種快速，基於RNA二級結構構建RNA三級結構的自動化新方法——3dRNA，這種精確度高，自動化的新工具能幫助解決目前RNA三級結構運算方法只能精確預測小體積，簡單拓撲結構的問題。

 

文章的通訊作者是華中科技大學肖奕教授，肖教授1984年獲中國科學院生物物理研究院所理學碩士學位，主要從事理論生物物理和非線性理論方面的研究工作，目前主持的國家自然科學基金-面上項目為「對稱蛋白質摺疊物理機制的非常規分子動力學研究」，以及「非編碼RNA摺疊問題的分子動力學模擬研究」。

 

非編碼RNA（ncRNA）作為催化和調控因子參與了多種生物學進程，這些分子為了能完成其功能，需要形成特殊的三級結構，目前可供分析的可溶性RNA三級結構數量有限，因此研究人員採用了不少計算生物學的方法進行分析，預測RNA三級結構，比如MANIP2，RNA2D3D3，FARNA5/FARFAR6，MC-Fold/MC-Sym7，iFoldRNA8，NAST9，BARNACLE10，ASSEMBLE11等。

 

此前第一篇文章「Computational approaches to RNA structure prediction, analysis, and design」比較了這些方法的性能，並指出大多數這些方法無法自動分析，需要手動操作。目前存在的RNA三級結構運算方法只能精確預測小體積，簡單的拓撲結構，因此科學家們希望能獲得一種精確的，自動性快速預測RNA三級結構的方法。

 

在這篇文章中，研究人員提出了一種快速的，基於RNA二級結構，構建RNA三級結構的自動化新方法——3dRNA。由於RNA結構組織主要是由二級結構水平和三級作用上的拓撲約束編碼決定，因此研究人員採用了一個兩步法步驟，從最小的二級元件SSEs開始構建整個RNA三級結構。

 

首先他們將這些二級元件組裝成髮夾結構，或者複合結構，然後在進一步搭建完整結構，這樣做的原因在於髮夾結構和複合結構的三級結構通常都能以高精度搭建。在3dRNA中，SSEs被定義為鹼基對，髮夾環結構，內部環結構，突起環結構，假環和連接點。並且由於實驗中獲得的SSEs三維構型也包含有5'端突出鹼基，能與前一個SSEs的3』端相連，從而解決了環狀結構與其他部位之間的組裝問題，避免模型建立過程中的衝突。

 

為了檢測這一方法，研究人員也在一個包含300 RNA分子的數據集裡進行了驗證，對包含115個複合結構(12–56 nt)，153個髮夾結構(10–63 nt)，和32個帶有複雜拓撲結構(26–101 nt)獲得了驗證。這表明3dRNA是一種能用於分析大型結構和複雜拓撲結構的精確預測工具。（來源：生物通 張迪）

   

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