Биоинформатическое открытие некодирующих РНК
Некодирующие РНК были обнаружены с использованием как экспериментальных, так и биоинформатических подходов. Биоинформационные подходы можно разделить на три основные категории. Первый предполагает поиск гомологии , хотя эти методы по определению неспособны найти новые классы нкРНК. Ко второй категории относятся алгоритмы , предназначенные для обнаружения конкретных типов нкРНК, обладающих схожими свойствами. Наконец, некоторые методы открытия основаны на очень общих свойствах РНК и, таким образом, позволяют открывать совершенно новые виды нкРНК.
Открытие путем поиска гомологии
[ редактировать ]Поиск гомологии относится к процессу поиска в базе данных последовательностей РНК, сходных с уже известными последовательностями РНК. Можно использовать любой алгоритм, предназначенный для поиска гомологии последовательностей нуклеиновых кислот, например BLAST . [ 1 ] Однако такие алгоритмы обычно не столь чувствительны и точны, как алгоритмы, специально разработанные для РНК.
Особое значение для РНК имеет сохранение вторичной структуры , которую можно моделировать для достижения дополнительной точности поиска. Например, ковариационные модели [ 2 ] можно рассматривать как расширение скрытой марковской модели профиля , которая также отражает консервативную вторичную структуру. Ковариационные модели реализованы в программном комплексе Infernal. [ 3 ]
Открытие специфических типов нкРНК
[ редактировать ]Некоторые типы РНК обладают общими свойствами, которые могут использовать алгоритмы. Например, тРНКскан-SE [ 4 ] специализируется на поиске тРНК . Сердцем этой программы является поиск гомологии тРНК на основе ковариационных моделей, но для ускорения поиска используются другие программы поиска, специфичные для тРНК.
Свойства мякРНК позволили разработать программы для обнаружения новых примеров мякРНК, в том числе тех, которые могут быть лишь отдаленно связаны с ранее известными примерами. Компьютерные программы, реализующие такие подходы, включают snoscan [ 5 ] и снорепорт. [ 6 ]
Аналогичным образом было разработано несколько алгоритмов для обнаружения микроРНК . Примеры включают miRNAFold. [ 7 ] и микроРНКминер. [ 8 ]
Открытие по общим свойствам
[ редактировать ]Некоторые свойства являются общими для нескольких несвязанных классов нкРНК, и эти свойства можно использовать для открытия новых классов. Главным из них является сохранение вторичной структуры РНК. Чтобы измерить консервативность вторичной структуры, необходимо каким-то образом найти гомологичные последовательности, которые могут иметь общую структуру. Стратегии для достижения этой цели включают использование BLAST между двумя последовательностями. [ 9 ] или несколько последовательностей, [ 10 ] использовал синтению через ортологичные гены [ 11 ] [ 12 ] или использовали хеширование с учетом местоположения в сочетании с последовательностями и структурными особенностями. [ 13 ]
Мутации, которые изменяют нуклеотидную последовательность, но сохраняют вторичную структуру, называются ковариациями и могут служить доказательством консервации. Для измерения такого сохранения можно использовать другие статистические и вероятностные модели. Первым методом открытия нкРНК, в котором использовалась структурная консервация, была QRNA. [ 9 ] которые сравнивали вероятности выравнивания двух последовательностей на основе либо модели РНК, либо модели, в которой консервативна только первичная последовательность. Работа в этом направлении позволила получить более двух последовательностей и включить филогенетические модели, например, с помощью EvoFold. [ 14 ] Подход, принятый в RNAz [ 15 ] включал вычисление статистики по входному выравниванию нескольких последовательностей. Некоторые из этих статистических данных относятся к структурной консервации, в то время как другие измеряют общие свойства выравнивания, которые могут повлиять на ожидаемые диапазоны структурной статистики. Эти статистические данные были объединены с использованием машины опорных векторов .
Другие свойства включают появление промотора для транскрипции РНК. За нкРНК также часто следует Rho-независимый терминатор транскрипции .
Используя комбинацию этих подходов, во многих исследованиях были перечислены РНК-кандидаты, например, [ 9 ] [ 12 ] Некоторые исследования перешли к ручному анализу прогнозов, чтобы найти детали структурного и функционального прогноза. [ 11 ] [ 16 ] [ 17 ]
См. также
[ редактировать ]- 6А мотив РНК
- Мотив AbiF РНК
- Мотив РНК ARRPOF
- Мотив РНК CyVA-1
- Список программного обеспечения для прогнозирования структуры РНК
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Альтшул С.Ф., Мэдден Т.Л., Шеффер А.А., Чжан Дж., Чжан З., Миллер В., Липман DJ (сентябрь 1997 г.). «Gapped BLAST и PSI-BLAST: новое поколение программ поиска по базам данных белков» . Нуклеиновые кислоты Рез . 25 (17): 3389–3402. дои : 10.1093/нар/25.17.3389 . ПМК 146917 . ПМИД 9254694 .
- ^ Эдди С.Р., Дурбин Р. (июнь 1994 г.). «Анализ последовательности РНК с использованием ковариационных моделей» . Нуклеиновые кислоты Рез . 22 (11): 2079–2088. дои : 10.1093/нар/22.11.2079 . ПМК 308124 . ПМИД 8029015 .
- ^ Навроцкий Е.П., Эдди С.Р. (ноябрь 2013 г.). «Инфернал 1.1: поиск гомологии РНК в 100 раз быстрее» . Биоинформатика . 29 (22): 2933–2935. doi : 10.1093/биоинформатика/btt509 . ПМЦ 3810854 . ПМИД 24008419 .
- ^ Лоу Т.М., Эдди С.Р. (март 1997 г.). «tRNAscan-SE: программа для улучшенного обнаружения генов транспортных РНК в геномной последовательности» . Нуклеиновые кислоты Рез . 25 (5): 955–964. дои : 10.1093/нар/25.5.955 . ПМК 146525 . ПМИД 9023104 .
- ^ Лоу Т.М., Эдди С.Р. (февраль 1999 г.). «Вычислительный скрининг мякРНК, направляющих метилирование, в дрожжах». Наука . 283 (5405): 1168–1171. Бибкод : 1999Sci...283.1168L . дои : 10.1126/science.283.5405.1168 . ПМИД 10024243 . S2CID 8084145 .
- ^ Хертель Дж., Хофакер И.Л., Штадлер П.Ф. (январь 2008 г.). «SnoReport: компьютерная идентификация мякРНК с неизвестными мишенями» . Биоинформатика . 24 (2): 158–164. doi : 10.1093/биоинформатика/btm464 . ПМИД 17895272 .
- ^ Темпель С., Тахи Ф (2012). «Быстрый метод ab-initio для прогнозирования предшественников микроРНК в геномах» . Нуклеиновые кислоты Рез . 40 (11): 955–964. дои : 10.1093/nar/gks146 . ПМК 3367186 . ПМИД 22362754 .
- ^ Арци С., Киезун А., Шомрон Н. (2008). «miRNAminer: инструмент для поиска гомологичных генов микроРНК» . БМК Биоинформатика . 9 (1): 39. дои : 10.1186/1471-2105-9-39 . ПМК 2258288 . ПМИД 18215311 .
- ^ Jump up to: а б с Ривас Э., Эдди С.Р. (2001). «Обнаружение генов некодирующей РНК с использованием сравнительного анализа последовательностей» . БМК Биоинформатика . 2 :8. дои : 10.1186/1471-2105-2-8 . ПМК 64605 . ПМИД 11801179 .
- ^ Ценг Х.Х., Вайнберг З., Гор Дж., Брейкер Р.Р., Руццо В.Л. (апрель 2009 г.). «Обнаружение некодирующих РНК посредством кластеризации в масштабе генома» . Журнал Биоинформ Компьютерная Биол . 7 (2): 373–388. дои : 10.1142/s0219720009004126 . ПМК 3417115 . ПМИД 19340921 .
- ^ Jump up to: а б Вайнберг З., Баррик Дж.Э., Яо З., Рот А., Ким Дж.Н., Гор Дж., Ван Дж.К., Ли Э.Р., Блок К.Ф., Сударсан Н., Неф С., Томпа М., Руццо В.Л., Брейкер Р.Р. (2007). «Идентификация 22 структурированных РНК-кандидатов в бактериях с использованием конвейера сравнительной геномики CMfinder» . Нуклеиновые кислоты Рез . 35 (14): 4809–4819. дои : 10.1093/нар/gkm487 . ПМК 1950547 . ПМИД 17621584 .
- ^ Jump up to: а б Хаммонд MC, Вахтер А., Брейкер Р.Р. (май 2009 г.). «Имитатор 5S-рибосомальной РНК растений регулирует альтернативный сплайсинг пре-мРНК фактора транскрипции IIIA» . Нат. Структура. Мол. Биол . 16 (5): 541–549. дои : 10.1038/nsmb.1588 . ПМК 2680232 . ПМИД 19377483 .
- ^ Хейне С., Коста Ф., Роуз Д., Бакофен Р. (июнь 2012 г.). «GraphClust: структурная кластеризация локальных вторичных структур РНК без выравнивания» . Биоинформатика . 28 (12): i224–32. doi : 10.1093/биоинформатика/bts224 . ПМК 3371856 . ПМИД 22689765 .
- ^ Педерсен Дж.С., Беджерано Г., Сипель А., Розенблум К., Линдблад-Тох К., Ландер Э.С., Кент Дж., Миллер В., Хаусслер Д. (апрель 2006 г.). «Идентификация и классификация консервативных вторичных структур РНК в геноме человека» . ПЛОС Компьютер. Биол . 2 (4): е33. Бибкод : 2006PLSCB...2...33P . дои : 10.1371/journal.pcbi.0020033 . ПМЦ 1440920 . ПМИД 16628248 .
- ^ Вашитл С., Хофакер И.Л., Штадлер П.Ф. (февраль 2005 г.). «Быстрое и надежное предсказание некодирующих РНК» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 102 (7): 2454–2459. дои : 10.1073/pnas.0409169102 . ПМЦ 548974 . ПМИД 15665081 .
- ^ Вайнберг З., Ван Дж. Х., Бог Дж., Ян Дж., Корбино К., Мой Р. Х., Брейкер Р. Р. (2010). «Сравнительная геномика выявила 104 кандидата в структурированные РНК из бактерий, архей и их метагеномов» . Геном Биол . 11 (3): С31. дои : 10.1186/gb-2010-11-3-r31 . ПМЦ 2864571 . ПМИД 20230605 .
- ^ Вайнберг З., Люнсе К.Э., Корбино К.А., Эймс Т.Д., Нельсон Дж.В., Рот А., Перкинс К.Р., Шерлок М.Е., Брейкер Р.Р. (октябрь 2017 г.). «Обнаружение 224 структурированных РНК-кандидатов путем сравнительного анализа конкретных подмножеств межгенных областей» . Нуклеиновые кислоты Рез . 45 (18): 10811–10823. дои : 10.1093/nar/gkx699 . ПМЦ 5737381 . ПМИД 28977401 .
