非编码RNA三级结构预测与分析

摘要

RNA（核糖核酸），它不仅是遗传信息的载体而且还可以折叠成独特的各种构象，从而在细胞内执行不同的生物学功能。RNA是由人类基因组DNA转录而来，而在这些RNA中仅仅有极少部分会被翻译成各种各样的蛋白产物，余下的大部分RNA都不会翻译成蛋白质，但是它们仍然在生物体内发挥着非常重要的作用，这些RNA便被称作非编码RNA（ncRNA）。近年来伴随着测序技术的飞速发展，对非编码RNA的一级序列信息有了更加深入的了解，但是对于它们的结构目前还知道的少之又少，这就极大地限制了更加深入地去了解它们的功能，因此对于非编码RNA三级结构的研究便成为了工作的重中之重。 近年来非编码RNA的数据库不断丰富，使用共进化的方法可以很好地利用众多的一级序列信息从而增强非编码RNA三级结构预测的准确性。目前存在两种较为流行的共进化方法增强非编码RNA三级结构预测，包括平均场直接耦合分析方法和伪似然直接耦合分析的方法。针对以上两种非编码RNA三级接触的预测方法，为了考察它们的预测效果，本文选取了54个已知三级结构的RNA作为测试集进行三级contacts的预测，在此基础上对两种预测方法的结果进行了更深一步的比较分析。为了弄清直接耦合分析所计算的DI值与核苷酸之间的最小距离的关系，本文进一步选取了19个已知结构的RNA进行了测试。另一方面，针对THF核糖开关存在的有配体态和无配体态两种不同的构象，本文使用直接耦合分析的方法研究发现该方法可以挑选出其中的一种构象，并且进一步预测了该构象的三级结构。 为了弄清楚由直接耦合分析方法所计算出的共进化信息DI是否可以提高3dRNA的预测精度，使用3dRNA结合限制信息DI重做了RNA-Puzzles的Puzzle6,Puzzle8,Puzzle12和Puzzle13，并且与其他研究组所做的结果进行了比较分析。 本文最后，使用3dRNA三级结构预测软件结合直接耦合分析方法参考非编码RNA数据库Rfam中所有的非编码RNA家族，对于数据库中的每个非编码RNA家族均给出了预测的三级结构。

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摘要

Abstract

1绪论

1.1RNA简介

1.2非编码RNA

1.3直接耦合分析方法

1.4本文主要研究工作

2非编码RNA三级结构预测方法

2.33dRNA三级结构预测方法简介

2.4直接耦合分析方法简介

2.4.1多序列比对

2.4.2直接耦合信息（DI）

2.5本章小结

本章简要地介绍了当前主流三类的非编码RNA三级结构预测方法：同源模建、分子动力学以及片段组装的方法。

3利用共进化信息预测RNA三级结构

3.1前言

3.2两种共进化方法的比较

3.3 RNA核苷酸之间的DI值与最小距离的关系

3.3.1 核苷酸之间最小距离和DI的计算

3.3.2 核苷酸之间最小距离与DI的关系图

3.4 DI挑选四氢叶酸核糖开关的结构

3.4.1 四氢叶酸核糖开关结构的研究

3.4.2 DI挑选THF核糖开关的结构

3.4.3使用3dRNA预测THF核糖开关结合态的结构

3.5本章小结

4非编码RNA三级结构的研究

4.13dRNA网站的使用

为方便其他科研工作者们的使用，我们实验室将3dRNA软件放在了网站：http://biophy.hu

当用户输入获得结果的接收邮箱之后，我们的服务器会自动地向用户的邮箱发送一封带有预测结果的邮件。在当前

4.2使用DI参与RNA-Puzzles预测

4.2.1 RNA-Puzzles的研究

4.2.2使用DI提高四个Puzzle RNA的预测精度

4.3Rfam数据库中未知三级构象的非编码RNA结构展望

4.3.1Rfam数据库

4.3.2Rfam数据库的安装

首先要下载Rfam_scan.pl软件，Rfam_scan.pl的运行需要infernal软件，此外

4.3.3获取Rfam数据库中所有非编码RNA的序列和二级结构

4.3.4使用3dRNA结合DI限制信息进行预测

4.4本章小结

5总结与展望

我们已经认识到在生物体的RNA中非编码RNA占据绝大部分，这些大量的非编码RNA虽然并不会被翻译成蛋

虽然我们的3dRNA片段化组装非编码RNA三级构象的方法预测表现较好，但是在预测碱基配对时的非规范碱

近些年来，随着人类基因组计划的成功实现，充分挖掘基因测序信息便为我们的更进一步研究提供了可能。随着各

我们既然已经认识到了非编码正在普遍地参与到我们基因的各种表达调节中[71]，并且许多已知的或者未知的

6 致谢

时间总是在不经意间就溜走了，时光飞逝，转眼间即到了毕业的时节。回顾研究生这三年的生活，不管是在学习上

首先我要感谢的是我的导师肖奕教授，肖老师不仅是我学习中的良师还是我生活上的益友，肖老师身体力行地教导

与此同时，我还要向同课题组的黄胜友老师、黄延昭老师以及陈长军老师等表示衷心的感谢，他们不仅在我的科研

其次，我要感谢我们课题组的师兄师姐师弟师妹们：黄阳玉、王军、王剑、李昊田、段强强、何晓玲、陶鹏、张仪

最后，我要向在我背后一直默默关心我、支持我的父母和兄弟姐妹以及我的女友梁爽女士表示衷心的感谢，感谢你

再次衷心地感谢所有帮助我和支持我的人，谢谢！同时也祝福你们！

参考文献

附录1攻读学位期间发表论文目录