《非編碼RNA三級結構預測及其摺疊動力學研究》是依託南京大學，由張建擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：非編碼RNA三級結構預測及其摺疊動力學研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張建
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
發展非編碼RNA的三級結構預測方法並研究其摺疊動力學。具體如下：1、基於圖論和IP方法，發展新的二級結構採樣方法，此方案可以描述不同複雜度的贗結結構。2、基於RNA離散模型，並結合物理的考慮和順序蒙特卡羅方法，發展準確計算RNA構象自由能的方法，將pseudoknot和非pseudoknot結構，junction等統一在同一個物理框架內，解決目前阻礙RNA結構預測中的困難。3、在上述工作基礎上，對多個典型測試集進行測試，並和實驗組合作對結果進行驗證改進。4、發展能恰當描述金屬離子禁止、關聯、極化等效應的模型，對幾個典型小RNA進行摺疊動力學模擬研究。探索摺疊中的主要驅動力及其作用機制、金屬離子對摺疊熱力學、動力學等的影響等。5、在此基礎上編寫軟體，架設網路伺服器，提供免費結構預測服務。
結題摘要
根據本項目的研究目標，我們發展了一套預測RNA三級結構的方法，同時研究了典型RNA贗結的摺疊過程從而為結構預測提供新的思路。取得的具體成果如下：1、發展了一個新的基於RNA側鏈構象的離散模型。這一模型具有概念上的創新性，這是因為前人的工作大部分是基於主鏈建模，而這和RNA結構穩定性由側鏈堆積模式決定這一物理特性不匹配。對新的側鏈離散模型的測試表明，這一模型可以很好的描述RNA鏈的構象；2、發展了一套計算給定RNA結構的勢能函式，這一勢函式也是針對RNA側鏈結構進行設計的，可以很好的和側鏈離散模型配合工作；3、結合我們發展的離散模型、勢函式、以及順序蒙特卡洛方法，我們針對幾個典型RNA結構進行了全盲測試並和前人的工作進行了比較。結果表明，我們預測的準確度和效率均明顯好於美國北卡大學發展的從頭預測軟體iFoldRNA。和同源建模預測軟體RLooM相比，對特定的9個RNA結構，我們的結果相對較差，這是因為這幾個結構在訓練資料庫里都有很好的同源信息。針對其它RNA結構進行的測試表明，我們的方法可以保證每次都輸出合理結果，而RLooM經常給出零結果。這說明我們的方法穩定性遠好於RLoom；4、基於上述的工作，我們更新了我們之前建立的一個RNA結構預測網路伺服器；5、針對一個RNA贗結結構，我們採用大規模分子動力學模擬，研究了其去摺疊過程。這是人們首次在全原子顯含水精度上對RNA的去摺疊過程進行研究。結果表明，RNA的去摺疊路徑具有豐富的多樣性，顯示出多箇中間態。此外，RNA二級結構和三級結構之間的耦合決定了大部分摺疊路徑的走向，這和通常認為的RNA分層摺疊看法不同。這一工作發表在2011的JACS雜誌上並得到了審稿人的好評；6、利用大規模分子動力學模擬，結合先進的Bias-exchange Metadynamics採樣算法，研究了人類端粒DNA quadruplex的摺疊過程。由於DNA quadruplex的摺疊涉及非常複雜的因素，如強的靜電相互作用要求必須顯式的考慮水和離子，極其緩慢的摺疊速度等，一直以來，這方面的理論研究進展緩慢。我們的工作是第一個基於全原子含水模型對整個摺疊過程進行模擬的研究。總結起來，通過三年來的工作，我們在RNA的結構預測，RNA的摺疊過程，DNA的摺疊過程等方面均取得了一定的進展，發表了一系列學術論文，培養了研究生。
