非編碼RNA摺疊問題的分子動力學模擬研究

非編碼RNA摺疊問題的分子動力學模擬研究

《非編碼RNA摺疊問題的分子動力學模擬研究》是依託華中科技大學,由肖奕擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

  • 中文名:非編碼RNA摺疊問題的分子動力學模擬研究
  • 項目類別:面上項目
  • 項目負責人:肖奕
  • 依託單位:華中科技大學
中文摘要,結題摘要,

中文摘要

近年發現非編碼RNA分子具有催化、調控和結構等多方面的功能。由於這些功能的基礎是它們的三級結構, 同蛋白質摺疊問題一樣,RNA摺疊問題也將成為生命科學研究的重大課題之一。除實驗研究外,分子模擬方手段是未來研究RNA摺疊問題的重要途徑。現有RNA摺疊分子動力學模擬研究限於10多個核苷酸的RNA片段,主要涉及二級結構的形成,因此嚴格說目前還沒有涉及三級結構的RNA摺疊分子動力學模擬研究。本項目基於在生物分子序列與結構關係和蛋白質摺疊問題多年研究的基礎,通過解決RNA摺疊模擬中分子力場與溶劑模型匹配和隱含水模型中金屬離子效應模擬等關鍵問題,提高RNA模擬的準確性和效率,並系統地模擬50個核苷酸左右RNA的摺疊過程,使我們對RNA三級結構形成的機制有新的認識。在此基礎上,進一步解決基於二級結構預測三級結構方法中二級平面結構轉化為立體結構的瓶頸問題,提高較大RNA三級結構預測的準確性。

結題摘要

非編碼 RNA 具有十分重要的生物學功能,研究它們的三級結構以及其形成的機制是認識和理解這些生物學功能的基礎。本項目利用分子模擬方法研究了 RNA 摺疊問題和預測RNA三級結構,取得了重要進展,完成了預期的目標。在非編碼RNA三級結構預測方面,我們對晶體和核磁共振空間結構進行了系統分析,發現對每種三級結構基本單元(發卡環、內環、突環、多分支環),如果長度相同它們的三維結構也非常相似,特別是,提出了基於 RNA 序列和二級結構信息,利用模組識別和片段結構自動化拼接RNA三級結構的快速方法,其對長序列和複雜拓撲 RNA 分子的預測精度遠遠高於現有方法。我們還提供了RNA三級結構預測線上服務,供相關研究人員進行 RNA 結構建模。在非編碼RNA摺疊問題研究方面,我們套用全原子分子動力學模擬方法研究了非編碼RNA的摺疊與去摺疊機制,以及構象變化和轉變等問題。特別的,我們在對溶劑模型和力場匹配的問題進行系統全面的測試分析的基礎上,對一類具有調控功能的非編碼RNA分子---核糖開關,進行了深入的模擬研究,並細緻分析了兩大類核糖開關(add-A核糖開關和preQ1核糖開關)在結合配體過程中的構象變化,以及由配體結合誘導的構象變化與調控功能的實現,提出了核糖開關調控可能的物理機制。

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