popularyzatorski opis rezultatów projektu

Nr wniosku: 193543, nr raportu: 18924. Kierownik (z rap.): prof. dr hab. Ryszard Walenty Adamiak
Automatyczne, wysokoprzepustowe modelowanie struktur przestrzennych RNA
Ryszard W. Adamiak 1,2
Zakład Struktury i Funkcji RNA, Instytut Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu
Europejskie Centrum Bioinformatyki i Genomiki, Wydział Informatyki, Politechnika Poznańska
1
2
Nasz trzyletni projekt dotyczył rozwoju metody obliczeniowej i technologii serwerowej
RNAComposer przewidywania struktur 3D RNA w oparciu o strukturę drugorzędową. Dokładność
struktur 3D dużych cząsteczek RNA przewidywanych z wykorzystaniem tej metody zależy w dużym
stopniu od dokładności struktury drugorzędowej. Dlatego istotnym wyróżnikiem naszego projektu
było równoległe prowadzenie badań eksperymentalnych dotyczących próbkowania chemicznego i
enzymatycznego dużych cząsteczek RNA w tym RNA regulatorowych czy retrowirusowych. W
oparciu o uzyskane dane generowaliśmy więzy strukturalne pozwalające korygować struktury
drugorzędowe i typować najlepsze modele 3D RNA. Nasz projekt był realizowany przez
interdyscyplinarny zespół złożony z bioinformatyków, chemików i biologów molekularnych RNA.
Zrealizowano cztery główne cele projektu dotyczące: (i) rozszerzenia i wzmocnienia
możliwości obliczeniowych metody automatycznego modelowania struktur przestrzennych RNA, (ii)
opracowania i implementacji systemu wysokoprzepustowego modelowania struktur 3D RNA, (iii)
opracowania metody oceny jakości modeli struktur 3D RNA oraz (iv) ustalenia struktury
drugorzędowej oraz oddziaływań przestrzennych 3'-UTR genomowych RNA retrowirusów HIV.
RNAComposer jest metodą bardzo szybką przy niespotykanie niskim zapotrzebowaniu na
moc obliczeniową. Te inherentne właściwości systemu pozwoliły na nadanie mu cechy
wysokoprzepustowości, niedostępnej innym metodom. RNAComposer w wersji batch-mode pozwala
na wprowadzenie 100 struktur drugorzędowych RNA i generowanie dla każdej z nich 10 modeli 3D.
Dotychczas
serwery
RNAComposer
(http://rnacomposer.ibch.poznan.pl
mirror
http://rnacomposer.cs.put.poznan.pl) odwiedzono ponad 229 tys. razy. Aktywnie uczestniczymy w
konkursie RNA Puzzles „blind test evaluation” przewidywania struktur 3D RNA (http://ahsoka.ustrasbg.fr/rnapuzzles/), analogicznym do konkursu CASP dla białek. Konkurs RNA Puzzles, w
którym osiągamy bardzo dobre wyniki, okazał się obiektywną platformą oceny możliwości systemu
RNAComposer. Istotnym osiągnieciem było opracowanie nowych publicznie dostępnych technologii
serwerowych: RNApdbee http://rnapdbee.cs.put.poznan.pl), do generowania struktur drugorzędowych
RNA ze struktur 3D, oraz RNAssess (http://rnassess.cs.put.poznan.pl) do oceny jakości struktur 3D
RNA. W ramach badań eksperymentalnych ustaliliśmy struktury drugorzędowe regionów 5'- i 3'-UTR
RNA HIV-2 wraz z przyległymi rejonami kodującymi. Opracowaliśmy metody preparatyki
rekombinowanych białek retrowirusowych i analizowaliśmy ich rolę jako białek opiekuńczych RNA.
Trzyletni projekt zaowocował 13 publikacjami, m.in. w Nucleic Acids Research,
Retrovirology, BMC Bioinformatics, Methods, Methods in Enzymology. Przygotowaliśmy 20
wystąpień ustnych i posterowych na konferencjach krajowych i międzynarodowych. Obok promocji
naukowych (habilitacja i doktorat) projekt MAESTRO zaowocował bardzo dużym zainteresowaniem
studentów Wydziału Informatyki Politechniki Poznańskiej tematyką (bio)informatyki strukturalnej
RNA (3 stopnie licencjackie, 3 inżynierskie oraz 1 tytuł magistra).
W ramach projektu osiągnęliśmy wyniki plasujące nas w czołówce nielicznych laboratoriów
zaangażowanych w przewidywanie struktur 3D RNA. Zautomatyzowany RNAComposer stał się
metodą z wyboru. Warto podkreślić szerokie wykorzystanie RNAComposer przez laboratoria,
prowadzące badania RNA metodami NMR, SAXS czy cryo-mikroskopii.
Polecana literatura
Popenda et. al., Automated 3D structure composition for large RNAs. Nucleic Acids Res, 40, e112 (2012)
Antczak et. al., RNApdbee - a webserver to derive secondary structures from pdb files of knotted and unknotted
RNAs. Nucleic Acids Res, 42, W368-72 (2014)
Lukasiak et al., ‘RNAssess: A webserver for quality assessment of RNA 3D structures’, Nucleic Acids Res, 43,
W502–6. (2015)