《RNA結構預測與摺疊熱力學動力學研究》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：RNA結構預測與摺疊熱力學動力學研究
- 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
研究目標為發展RNA 的三級結構預測方法，並利用分子模擬等手段研究RNA摺疊熱力學和動力學，和結構預測研究相互促進，以加深人們對RNA結構和功能的認識。具體內容為：1、發展一個新的RNA鹼基離散模型，並加入序列信息、考慮核苷酸的物理化學性質等；同時發展一套基於順序蒙特卡洛方法的高效結構生成方法；2、發展計算RNA結構自由能的一組勢函式，考慮鹼基對相互作用、鹼基堆積作用、靜電、氫鍵、主鏈鍵長、鍵角、二面角等相互作用；3、利用大規模分子模擬，研究幾個典型RNA體系的摺疊機制與功能運動，和結構預測的研究相互促進；4、發展RNA的粗粒化模型，利用自學習多尺度的方法開發相匹配的分子力學勢場，研究更大更複雜的RNA 體系。還將與本研究組的實驗人員合作，理論結合實驗開展工作。本研究取得的成果將用來搭建網路伺服器，提供結構預測服務和軟體下載，提高本研究組乃至我國在這一研究領域的影響與地位。
結題摘要
本項目的研究目標為發展非編碼RNA三級結構預測新方法，並利用分子模擬等手段研究非編碼RNA 摺疊熱力學和動力學，和結構預測研究相互促進，以加深人們對RNA 結構和功能的認識。在研究目標的第一個方面，我們發展了一套預測RNA loop/fragment三維結構的新方法，這包括一個基於貝葉斯機率理論的新的RNA鏈生長模型，以及相應的Sequential Monte Carlo方法和模擬退火Monte Carlo算法。這一模型兼具連續與高效性兩個特點，特別適用於柔性較大的區域，比如RNA的loop區域。我們對幾個典型的RNA體系進行測試，發現全盲預測得到結果中，大部分結構和實驗結構的RMSD差異小於4埃。並且結果的準確度和基於同源建模的預測軟體持平，優於其它的從頭預測的方法。同時，我們還發展了計算RNA結構自由能的新的勢函式，考慮了多個物理化學因素對RNA結構穩定性的影響。在研究目標的第二個方面，我們研究了一個典型的RNA贗結的摺疊動力學，發現這一RNA的摺疊採取多路徑機制，包括一個從第一螺旋或第二螺旋開始的step-wise的機制、一個兩個螺旋同時摺疊的協同機制，此外還探測到混合機制的存在。我們還研究了金屬離子對RNA分子摺疊的調控，研究了分子模擬中常用的metadynamics採樣算法的有效性等，後一研究有助於澄清在這一領域存在的混亂情況。在研究目標第二方面的工作加深了我們對RNA 摺疊機制的認識，有助於為結構預測研究提供新的思路和方法。最後，我們還在研究內容上進行了一定的拓展，如：發展了多尺度模擬方法並用於蛋白質摺疊的研究，並準備推廣到RNA研究中來，研究了一個DNA四螺旋的摺疊動力學，研究了蛋白質和納米表面的相互作用等。我們還把自行開發的RNA結構預測軟體在本實驗室主頁進行了共享，提供免費下載。本項目總體執行狀況良好，完成了預期的目標。
