RNAInSpace/X-тюнинг

X-тюнинг - метод, разработанный для того, чтобы уточнить третичную структуру РНК, грубая модель которой раньше уже была получена другими методами. Важным при этом является воспроизвести все водородные связи, имеющиеся исходя из вторичной структуры. Если же вторичная структура не известна, о ней можно судить по имеющейся грубой модели, при том что данный метод может указать, какие из пар нуклеотидов потенциально могут быть связаны водородной связью.

Описание метода

Сконструированный РНК-фрагмент методом „X-тюнинг“ на основе РНК-петли

Выделяем 6 потенциальных групп расстояний, образуемые между атомами участвующими в образовании водородных связей.

1. r < 3.0 and r > 1.0 and a < 20 (реально образуется водородная связь)
2. r < 3.5 and r > 1.0 and a < 27
3. r < 4.0 and r > 1.0 and a < 35
4. r < 5.0 and r > 1.0 and a < 50
5. r < 8.0 and r > 1.0 and a < 75
6. r < 12.0 and r > 1.0 and a < 100

r - расстояние между донором и акцептором; a - угол; учитывается для всех (2-3) потенциальных водородных связей между нуклеотидами.

Для всех групп вычисляется дополнительно отсутствие ковалентных связей.

Формирование первой водородной связи РНК-петли

Для того, чтобы получить варианты положений, рассортированные по выше описанным группам, выполняем следующие:

1. Выделяем только РНК-петлю, концы которой предположительно должны образовать водородную связь. Например, если длина петли 9 нуклеотидов, то 1 и 9 нуклеотид образует водородные связи
2. Берем два нуклеотида с одной стороны (например, нуклеотиды 1 и 2)
3. Поворачивая выбранные нуклеотиды, формируются выше описанные группы, тем самым отбирая более или менее удачные повороты
4. Отбираем наилучшие комбинации поворотов выбранных нуклеотидов (1-ого и 2-ого). Например, вполне вероятно, что будет образованна только группа 5, а группы 4, 3, 2, 1 - будут пустые. Тогда набор комбинаций из 5 группы будет представлять наилучшие варианты. Если же, например 4 группа будет не пуста, и будет состоять хотя бы из 10-20 комбинаций, то группой 5 можно принибречь, и в дальнейшем использовать комбинации нуклеотидов из группы 4.
5. Выберем два нуклеотида с противоположного конца, например 8 и 9, и для них повторим процесс начиная с п. 3.
6. В результате выполнения действий из п. 2 - 5, постепенно будет улучшены комбинации и будет сформирована группа №1

Если группа №1 не сформирована, то следует изменить нуклеотиды, располагающиеся ближе к центру петли, и повторить процедуру. Данный процесс сравнительно длительный, так как от формы РНК-петли значительно зависит возможность образования последующих водородных связей.

Найти 1-2 варианта из группы №1, как правило не достаточно, желательно иметь порядка 30-50 вариантов. Это необходимо, так как часть из этих вариантов отбракуется при поиске положений следующей пары нуклеотидов.

Особенности формирования последующих водородных связей

Когда получена первая водородная связь, нужно свернуть остальные нуклеотиды, которые как правило образуют спираль, скрепленную водородными связями.

При повороте следующей пары нуклеотидов важно не разорвать предыдущие уже связанные водородной связью пары нуклеотидов. Для этого можно поворачивать только нуклеотиды этой пары, так как поворот нуклеотидов ниже этой пары, разорвет предыдущие связи, а выше не повлияет на образование водородной связи. При этом тут важно следить, чтобы не образовались недопустимые ковалентные связи, то есть чтобы цепи не пересекалась в отдельных точках.

Анализ метода

Интересным является, то что метод не использует энергетическую оценку, а просто ищет множество поворотов, при которых возможно образование водородных связей. При этом встает вопрос: что заставляет фрагмент РНК приобретать спиральную структуру? Получается, что только образованная РНК-петля и последующие нуклеотиды (первичная структура) полностью предопределяют то, что данный РНК - фрагмент имеет спиральную структуру.