RNA origami design tools enable cotranscriptional folding of kilobase-sized nanoscaffolds.
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DOI：
10.1038/s41557-021-00679-1
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发表时间：
2021-06
期刊：
影响因子：
21.8
通讯作者：
Andersen ES
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Geary C;Grossi G;McRae EKS;Rothemund PWK;Andersen ES
RNA折纸是一种模块化设计的纳米支架框架，可以从单链RNA折叠，并用于以纳米级精度组织分子成分。设计基因可表达的RNA折纸，必须共转录折叠，需要建模和设计工具，同时考虑热力学，折叠途径，序列约束和假结优化。在这里，我们描述了RNA折纸自动设计软件（ROAD），它从结构模块库中构建折纸模型，识别潜在的折叠障碍，并设计优化的序列。利用ROAD，我们扩展了RNA支架的规模和功能多样性，创建了32种多达2360个核苷酸的设计，其中5种支架两种蛋白质，7种支架两个小分子的精确距离。优化和非优化结构的显微和色谱比较验证了我们的链路由和序列设计原则大大提高了产率。通过提供高效的RNA折纸设计，ROAD可以简化纳米医学和合成生物学中定制RNA支架的构建。
RNA origami is a framework for the modular design of nanoscaffolds that can be folded from a single strand of RNA, and used to organize molecular components with nanoscale precision. Design of genetically expressible RNA origami, which must cotranscriptionally fold, requires modeling and design tools that simultaneously consider thermodynamics, folding pathway, sequence constraints, and pseudoknot optimization. Here, we describe RNA Origami Automated Design software (ROAD), which builds origami models from a library of structural modules, identifies potential folding barriers, and designs optimized sequences. Using ROAD, we extend the scale and functional diversity of RNA scaffolds, creating 32 designs of up to 2360 nucleotides, five that scaffold two proteins, and seven that scaffold two small molecules at precise distances. Micrographic and chromatographic comparison of optimized and nonoptimized structures validates that our principles for strand routing and sequence design substantially improve yield. By providing efficient design of RNA origami, ROAD may simplify construction of custom RNA scaffolds for nanomedicine and synthetic biology.
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