Псевдоузел - Pseudoknot

Этот пример встречающегося в природе псевдоузла встречается в компоненте РНК человека. теломераза. Последовательность от Чена и Грейдера (2005).[1]
Трехмерная структура почти такого же псевдоузла теломеразной РНК. (A) палки (B) позвоночник. Pdb-файл основан на PDB: 1YMO. Цвета: А U C грамм

А псевдоузел это вторичная структура нуклеиновой кислоты содержащий не менее двух стебель-петля структуры, в которых половина одного стебля вставлена ​​между двумя половинами другого стебля. Псевдоузел впервые был обнаружен в вирус желтой мозаики репы в 1982 г.[2] Псевдоузлы складываются в узловые трехмерные конформации, но это не так топологические узлы.

Прогнозирование и идентификация

Структурная конфигурация псевдоузлов не подходит для биоразработанного обнаружения из-за своей контекстно-зависимой или "перекрывающейся" природы. В базовая пара в псевдоузлах не очень вложен; то есть встречаются пары оснований, которые «перекрывают» друг друга в положении последовательности. Это затрудняет выявление псевдоузлов в последовательностях РНК. предсказывать стандартным методом динамическое программирование, которые используют рекурсивную систему оценки для идентификации парных основ, и, следовательно, большинство из них не может обнаружить невложенные пары оснований. Новый метод стохастические контекстно-свободные грамматики страдает той же проблемой. Таким образом, популярные методы прогнозирования вторичной структуры, такие как Mfold и Pfold не будет предсказывать структуры псевдоузла, присутствующие в последовательности запроса; они идентифицируют только более устойчивый из двух оснований псевдоузла.

Можно идентифицировать ограниченный класс псевдоузлов с помощью динамического программирования, но эти методы не являются исчерпывающими и хуже масштабируются в зависимости от длины последовательности, чем алгоритмы без псевдонимов.[3][4] Было показано, что общая проблема прогнозирования структур с наименьшей свободной энергией с псевдоядками сводится к следующему. НП-полный.[5][6]

Биологическое значение

Несколько важных биологических процессов основаны на молекулах РНК, которые образуют псевдоузлы, которые часто являются РНК с обширными третичная структура. Например, область псевдоузла РНКаза P является одним из наиболее сохраняемых элементов во всей эволюции. В компонент теломеразной РНК содержит критический для активности псевдоузел,[1] и несколько вирусов используют структуру псевдоузла для образования тРНК-подобного мотива для проникновения в клетку-хозяин.[7]

Представление псевдоузлов

Существует много типов псевдоузлов, различающихся тем, как они пересекаются и сколько раз пересекаются. Чтобы отразить эту разницу, псевдоузлы классифицируются на H-, K-, L-, M-типы, причем каждый последующий тип добавляет слой ступенчатой ​​интеркаляции. Например, простой пример теломеразы P2b-P3 в статье представляет собой псевдоузел H-типа.[8]

Вторичная структура РНК обычно обозначается точечно-скобочной записью с парными круглыми скобками. () обозначающие пары оснований в стержне и точки, обозначающие петли. Прерывистые основы псевдоузлов означают, что такая нотация должна быть расширена дополнительными скобками или даже буквами, чтобы можно было представить различные наборы основ. Одно такое расширение использует в порядке вложенности ([{ для открытия и edcba>}]) для закрытия.[9] Структура двух (слегка различающихся) теломераз в этих обозначениях следующая:

           (((.(((((........))))).))).   ....]]]]]]. рисунок 1 CGCGCGCUGUUUUCUCGCUGACUUUCAGCGGGCGA --- AAAAAAUGUCAGCU 50ALIGN |. ||||||||||||||||||||||||| . |. | |||||| |||||| .1ymo 1 --- GGGCUGUUUUUCUCGCUGACUUUCAGC - CCCAAACAAAAAA-GUCAGCA 47 ((((((........))))  )).........]]]]]].

Обратите внимание, что U-выступ на конце обычно присутствует в теломеразной РНК. Он был удален в модели решения 1ymo для повышения стабильности псевдоузла.[10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Chen, JL; Грейдер, CW (7 июня 2005 г.). «Функциональный анализ структуры псевдоузла теломеразной РНК человека». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 102 (23): 8077–9. Bibcode:2005PNAS..102.8080C. Дои:10.1073 / pnas.0502259102. ЧВК  1149427. PMID  15849264.
  2. ^ Staple DW, Butcher SE (июнь 2005 г.). «Псевдоузлы: структуры РНК с разнообразными функциями». PLoS Biol. 3 (6): e213. Дои:10.1371 / journal.pbio.0030213. ЧВК  1149493. PMID  15941360.
  3. ^ Ривас Э., Эдди С. (1999). «Алгоритм динамического программирования для предсказания структуры РНК, включая псевдоузлы». Дж Мол Биол 285(5): 2053–2068.
  4. ^ Диркс, Р. Пирс Н.А. (2004) Алгоритм для вычисления вероятностей образования пар нуклеиновых кислот, включая псевдоузлы. "J вычислительная химия". 25: 1295-1304, 2004.
  5. ^ Lyngsø RB, Pedersen CN. (2000). «Предсказание псевдоузла РНК в энергетических моделях». J Comput Biol 7(3–4): 409–427.
  6. ^ Люнгсё, Р. Б. (2004). Сложность предсказания псевдоузлов в простых моделях. Документ представлен на ICALP.
  7. ^ Плей Ч.В., Ритвельд К., Бош Л. (1985). «Новый принцип сворачивания РНК на основе псевдоузлов». Нуклеиновые кислоты Res. 13 (5): 1717–31. Дои:10.1093 / nar / 13.5.1717. ЧВК  341107. PMID  4000943.
  8. ^ Кухарик, М; Хофакер, Иллинойс; Стадлер, П.Ф .; Цинь, Дж (15 января 2016 г.). «Псевдоузлы в ландшафтах складчатости РНК». Биоинформатика. 32 (2): 187–94. Дои:10.1093 / биоинформатика / btv572. ЧВК  4708108. PMID  26428288.
  9. ^ Антчак, М; Popenda, M; Зок, Т; Зурковский, М; Adamiak, RW; Щнюк М. (15 апреля 2018 г.). «Новые алгоритмы для представления сложных структур РНК с псевдозначками в нотации с точечными скобками». Биоинформатика. 34 (8): 1304–1312. Дои:10.1093 / биоинформатика / btx783. ЧВК  5905660. PMID  29236971.
  10. ^ Theimer, CA; Блуа, Калифорния; Фейгон, Дж (4 марта 2005 г.). «Структура псевдоузла теломеразной РНК человека выявляет консервативные третичные взаимодействия, необходимые для функционирования». Молекулярная клетка. 17 (5): 671–82. Дои:10.1016 / j.molcel.2005.01.017. PMID  15749017.

внешняя ссылка