Przegląd oprogramowania do przewidywania trójwymiarowych

Przegląd oprogramowania do przewidywania
trójwymiarowych struktur RNA
Software for predicting the 3D
structure of RNA molecules
Autorzy: David Dufour, Marc A. Marti-Renom
Dlaczego struktura 3D jest ważna?
●
●
●
●
Rola RNA – nie tylko transfer informacji
Elementy procesu translacji (tRNA, rRNA) oraz
enzymów (rybozymy)
Inne nie kodujące DNA (snRNA, snoRNA,
miRNA, siRNA, lncRNA i inne)
Dokładna trójwymiarowa struktura która
umożliwia pełnienie tych funkcji
Metody doświadczalne
●
Rentgenografia strukturalna
●
Magnetyczny rezonans jądrowy
●
Metoda małokątowego rozpraszania promieni
rentgenowskich
●
Cryo-EM
●
Nie zawsze dostępne, drogie i czasochłonne
Przewidywanie struktur 3D RNA
Przewidywanie struktur 3D RNA
●
●
●
Wiele podobieństw do przewidywania struktur
białek
Szybko rozwijające się metody badania interakcji
RNA-białko
3 główne katogorie metod przewidywania struktur
–
Ab initio
–
Comparative-modeling
–
Knowledge-based modeling
iFoldRNA
●
Modelowanie ab initio
●
Symulacja oparta na dynamice molekularnej
●
Model grubo-ziarnisty
●
Funkcja energii - MedusaScore
iFoldRNA
●
●
Sprawdzanie możliwych ułożeń w różnych
temperaturach
Struktury wybrane są w oparciu o ich energię
swobodną i/lub inne filtry
iFoldRNA
●
●
●
Sprawne przewidywanie struktur dla krótkich
sewkencji (RMSD w zakresie 2-5 Å)
Niedokładne wyniki przy wzroście rozmiaru
cząsteczki
Oprócz struktury w iFoldRNA zwraca dodatkowe
informacje takie jak właściwą pojemność cieplna,
promień bezwładności, RMSD i mapy kontaktów
Co to jest RMSD?
●
●
●
●
Root mean square deviation
Gdzie δ to odegłość pomiędzy N parami
odpowiednich atomów
Miare średniej odległości pomiędzy dwoma
atomami – stopień podobieństwta
strukturalnego
Å (Ansgtream) = 1/10 nanometra
ModeRNA
●
●
Comparative-modeling
Wymagana znana struktura 3D jako szablon,
oraz przypasowanie sekwencji badanej do
sekwencji szablonu
ModeRNA
ModeRNA
●
●
●
●
Koordynaty wszystkich niezmienionych reszt są kopiowane,
analogicznie w przypadku substytucji (ze zmianą zasady)
ModeRNA pozwala na insercje o długości 2-17
rybonukleotydów, opierając się o bibliotekę 131,316
znanych fragmentów, RNADB2005
Dla każdej insercji lub delecji, ModeRNA określa odpowiedni
fragment szkieletu i wykorzystuje jego otaczającego
elementy do nałożenia go na strukturę szablonu
ModeRNA jest w stanie rozpoznać edycje RNA, w oparciu o
schemat zapisu z bazy MODOMICS
ModeRNA
MMB
●
●
●
●
Przewidywanie struktur dla DNA, RNA lub
białek
Koordynaty oparte o kąty dwuścienne
Czas pracy jest zależy od liości ruchomych
częście, nie ilości atomów
Pozwala na definiowanie dodatkowych
ograniczeń użytkownikowi w opraciu o dane
eksperymentalne
RNAComposer
●
●
●
Wykorzystuje sewkencję RNA oraz strukturę
drugorzędową
Na podstawie struktury drugorzędowej generowane
są podstawowe fragmenty (pętle, wybrzuszenia itp.)
Wygenerowane fragmenty wykorzystywane są do
przeszukiwań bazy RNA FRABASE, szukane są
podobieństwa struktur drugorzędowych, sekwencji,
kompatybilności puryny/pirymidyny lub energia
swobodna
FARNA i FARFAR
●
●
●
FARNA: modelowanie w oparciu o energię,
wykorzystując jedynie sekwencję
Każda zasada jest reprezentowana w gruboziarnistym
modelu, dzielona na trój-elementowe podjednostki, dla
których przechowywane są skręcenie krzywej i
pofałdowanie cukrów
Na podstawie kompozycji puryn i pirymidyn wybierane
fragmenty, które są łączone w większe struktury w
oparciu o symulację wykorzystującą metody Monte
Carlo
FARNA i FARFAR
●
Symulacja kierowana jest przez funkcję energii,
która bierzę pod uwagę:
–
Promień bezwładności
–
Efekty steryczne pomiędzy atomami
–
Potencjał parowania zasad
–
Koplanarnośc par zasad
–
Stosy par zasad
FARNA i FARFAR
●
●
●
FARFAR: rozszerzenie FARNA
FARFAR bierze pod uwagę interkacje pomiędzy
wszystkimi atomami
Poprawa wyników FARNA
Inne
●
Barnacle
–
●
Szukanie prawdopodobnych struktur RNApodobnych w lokalnej skali
MC-Fold/MC-Sym
–
Buduje strukturę 3D w oparciu o koordynaty i
zależności pomiędzy zasadami z znanych struktur
RNA
–
Przewiduje strukture drugorządową i na jej
podstawie, trzeciorzędową