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RNA“接吻”复合体的空间结构及其稳定性的预测

批准号:
11605125
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
时亚洲
依托单位:
学科分类:
统计物理与复杂系统
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
仇华海、陈永光、张自平、陈禹

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
RNA“接吻”复合体结构不仅是一类非常典型的RNA三级结构单元,而且还具有极其重要的生物功能。研究其空间结构及其稳定性对于理解其功能机理,预防和治疗相关疾病有重要的意义。本项目将通过发展我们先前建立的空间结构预测模型,实现基于序列的RNA“接吻”复合体空间结构及其稳定性的预测。基于发展的粗粒化RNA结构模型并结合全原子分子动力学模拟,本项目将系统地研究RNA序列及所处溶液的离子环境等对RNA“接吻”复合体结构稳定性的影响,并且预测结果将与广泛的实验进行对比,以揭示其中的序列和离子效应。此外,本项目还将采用全原子分子动力学方法从原子层次研究该类复合体中“接吻”区域的局部结构涨落,并通过分析复合体中的氢键相互作用和其周围的离子分布揭示序列/离子对其稳定性影响的微观机制。本项目在推动RNA结构预测模型和方法发展的同时,还将加深人们对RNA三级结构折叠及其微观机制的理解。
英文摘要
RNA kissing complexes are not only the typical motifs of RNA tertiary structures, but also biologically important in lots of life processes. The knowledge of the spatial structures and dynamics of RNA kissing complexes is a fundamental prerequisite to completely understand their functions, and the related researches could be helpful in preventing and treating the relevant diseases. In this project, we will continuously develop the coarse-grained model proposed previously by us to predict the 3D structure and stability of RNA kissing complexes from their sequences. Based on the developed model and all-atom molecular dynamics simulations, we will systematically study the effects of sequence and salt on the stability of RNA kissing complexes, and the predicted results will be compared with the available experiments. Furthermore, we will use all-atom molecular dynamics simulations to study the local structure fluctuation and we will further reveal the microscopic mechanisms of salt/sequence effects in the stability of RNA kissing complexes by analyzing hydrogen bonding interactions and ion distributions. This project would be of benefit to the development of models and methods for RNA 3D structure prediction, and it could also enhance the understanding of the microscopic mechanisms of RNA tertiary structure folding.
RNA“接吻”复合体不仅是典型的RNA三级结构单元,还具有非常重要的生物学功能。研究其空间结构及其稳定性对于理解其功能机理,预防和治疗相关疾病有重要意义。本项目中,我们进一步发展之前建立的空间结构预测模型并结合全原子分子动力学方法,对离子溶液中RNA“接吻”复合体的空间结构及其热力学稳定性进行系统地研究。主要研究内容及结果如下:(1)发展RNA粗粒化结构预测模型,计入双链RNA链-链间的碱基配对/堆积相互作用和基于结构的隐含离子模型,成功预测了双链RNA分子在离子溶液中的空间结构、稳定性和柔性;(2)计入独立螺旋之间的共轴堆积三级相互作用,其作用强度由交界面碱基的序列和空间距离决定,非常准确地预测了离子溶液中RNA赝结的空间结构、热力学稳定性及去折叠路径,并指出RNA赝结的去折叠路径主要由中间态的相对稳定性决定,进而可以通过改变序列和离子条件来显著调节其去折叠路径;(3)利用发展的模型,预测了18个序列各异的RNA“接吻”复合体在离子溶液中的空间结构,预测结构与实验结构之间的平均均方根位移(RMSD)约为5.4Å,此外,针对15个RNA“接吻”复合体,也预测得到了与实验一致的热力学稳定性,其中熔解温度的预测值与实验值的平均偏差约为2.4℃,结果表明我们的模型能准确有效地预测RNA“接吻”复合体在离子溶液中的空间结构及其稳定性,弥补了现有很多模型在该方面的不足;(4)通过对RNA“接吻”复合体热力学折叠路径的系统分析,发现RNA“接吻”复合体的折叠路径主要依赖折叠态(“接吻”态和双螺旋态)的稳定性,而该稳定性可由序列直接决定。上述研究结果已达到本项目设定的研究目标,后续的相关研究会继续进行。本项目的研究在推动RNA结构预测模型和方法发展的同时,还有利于加深人们对RNA三级结构折叠及其微观机制的理解,为进一步基于结构的药物设计提供理论指导。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
What is the best reference state for building statistical potentials in RNA 3D structure evaluation?
在 RNA 3D 结构评估中构建统计势的最佳参考状态是什么?
DOI: 10.1261/rna.069872.118
发表时间: 2019
期刊: RNA-A Publication of the RNA Society
影响因子: --
作者: [Tan Ya-Lan, Feng Chen-Jie, Jin Lei, Shi Ya-Zhou, Zhang Wenbing, Tan Zhi-Jie]
通讯作者: Tan Zhi-Jie
A novel knowledge-based potential for RNA 3D structure evaluation
RNA 3D 结构评估的新的基于知识的潜力
DOI: 10.1088/1674-1056/27/3/038701
发表时间: 2018-03-01
期刊: CHINESE PHYSICS B
影响因子: 1.7
作者: [Yang,Yi, Gu,Qi, Shao,Zhi-Gang]
通讯作者: Shao,Zhi-Gang
Structure folding of RNA kissing complexes in salt solutions: predicting 3D structure, stability, and folding pathway
盐溶液中 RNA 接吻复合物的结构折叠:预测 3D 结构、稳定性和折叠途径
DOI: 10.1261/rna.071662.119
发表时间: 2019-11-01
期刊: RNA
影响因子: 4.5
作者: [Jin,Lei, Tan,Ya-Lan, Tan,Zhi-Jie]
通讯作者: Tan,Zhi-Jie
Traveling Wave Solutions of Two Nonlinear Wave Equations by (G '/G)- Expansion Method
两个非线性波动方程的行波解(G'/G)-展开法
DOI: 10.1155/2018/8583418
发表时间: 2018
期刊: Advances in Mathematical Physics
影响因子: 1.2
作者: [Shi Ya-Zhou, Li Xiangpeng, Zhang Ben-Gong]
通讯作者: Zhang Ben-Gong
共 7 条
    RNA-DNA杂合体空间结构与稳定性的多尺度建模及离子调控机制研究
    • 批准号:
      32571442
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      48.00万元
    • 批准年份:
      2025
    • 负责人:
      时亚洲
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金