О незначимости энергетической оценки при моделировании РНК

Это описание эксперимента: его планирование и полученные результаты. Автор: Сергей Яковлев

Введение

Вторичная структура фрагмента RZ+ рибозима NC_003540.

В статье «О детерминированном моделировании РНК-петли» было показано каким образом можно перейти от стохастического моделирования РНК к детерминированному. Так же там был упомянут метод „X-тюнинг“, который целенаправленно конструирует конечное состояние (нативное) РНК. При этом он использует для получения грубой структуры РНК специальным образом видоизмененную по сравнению с работой оценку энергии .

В данном исследовании была сделана попытка при конструировании РНК, основываться на такую энергетическую оценку, в которой учтено только отсутствие ковалентных связей и близость водородных связей. Для определения водородных связей должна быть известна вторичная структура РНК.

Модельный организм

В качестве модельного организма взят вироидный рибозим NC_003540 с классической структурой типа “головки молотка” (Hamerhead ribozyme). Первичная структура фрагмента RZ+ следующая: aagaggucggcaccugacgucgguguccugaugaagauccaugacaggaucgaaaccucuu. Вторичная представлена на рисунке, а третичная неизвестна и её нужно получить.

Ход эксперимента

Рибозим разделяется на фрагменты в соответствии со вторичной структурой L1 (ggcaccugacgucgguguc), L2 (gauccaugacaggauc) и то что остается. Фрагменты L1 и L2 собираются поотдельности, вначале формируя петлю, а затем достраивая последующий водородные связи.

Вначале получаем грубую структуру РНК-петли используя метод „Быстрое охлаждение“. В методе используется придельно упрощенная энергетическая оценка, основанная только на расчете близости водородных связей и отсутствии ковалентных связей между атомами разных нуклеотидов (естественно, за исключением связей фосфора, образующих цепь РНК). Затем применяется метод „X-тюнинг“.

Результаты

Третичная структура фрагмента RZ+ часть L1 рибозима NC_003540, полученная с помощью метода РНК-тюнинг.	Третичная структура фрагмента RZ+ часть L2 рибозима NC_003540, полученная с помощью метода РНК-тюнинг.
Полученное псевдо-третичная структура фрагмента RZ+ рибозима NC_003540. Вариант №1.	Полученное псевдо-третичная структура фрагмента RZ+ рибозима NC_003540. Вариант №2.

Выводы

Во многом форму стабильной РНК определяют фрагменты, где идут подряд две (или более) водородные связи вида g-c + g-c.

Для отдельных односпиральных фрагментов (таких как L1 и L2) - применение сокращенной энергетической оценки оказалось достаточно. Но для многоспиральных фрагментов ориентирование только на образование водородных связей и отсутствие ковалентных недостаточно, так как в противном случае сворачивание идет по неправильному случайному пути. В результате могут быть получены различные псевдо-третичные структуры, которые не соответствуют реальной структуре РНК фрагмента.