Псевдоузел
Псевдоу́зел — элемент вторичной структуры нуклеиновых кислот (в основном РНК), состоящий из двух шпилек, в которых половина стебля одной шпильки располагается между двумя половинами стебля другой шпильки. Псевдоузлы имеют пространственную структуру узла, однако не являются настоящим топологическими узлами.
Впервые псевдоузел был описан в 1982 году у вируса мозаики репы[2].
Предсказание и идентификация
[править | править код]
Структурная конфигурация псевдоузлов не позволяет определить их наличие вычислительными методами, поскольку псевдоузлы чувствительны к условиям среды из-за образования вследствие наложения одной цепи на другую. Связи между основаниями в парах не очень прочны, из-за чего основания могут «перекрываться», образуя связи с основаниями несоответствующего нуклеотида. В связи с этим образование псевдоузлов в молекулах РНК сложно предсказать при помощи стандартных методов динамического программирования, которые используют рекурсивный подсчёт для идентификации спаренных стеблей и из-за этого оказываются неспособными обнаруживать основания с не очень прочными связями. Более новый метод стохастической контекстно-свободной грамматики имеет ту же проблему. По этой причине такие популярные методы предсказания вторичной структуры РНК, как Mfold и Pfold, оказываются неспособными предсказать наличие псевдоузла в исследуемой последовательности. Они лишь могут идентифицировать наиболее стабильный из двух стеблей псевдоузла.
Впрочем, ограниченную группу псевдоузлов можно обнаружить при помощи динамического программирования, но эти методы не являются исчерпывающими[3][4]. Например таков метод ALiNA, являющийся к тому же бесплатным, показывающий "высокое качество прогнозирования по различным критериям, включая псевдоузлы"[5] Общая проблема предсказания низкоэнергетических структур с псевдоузлами была отнесена к NP-полными задачам[6][7].
Биологическая роль
[править | править код]РНК-молекулы, формирующие псевдоузлы, ответственны за ряд важных функций; нередко они представляют собой молекулы с сильно выраженной третичной структурой. Например, область псевдоузла РНКазы Р[англ.] относится к элементам, продемонстрировавшим наибольшую консервативность в ходе эволюции. Для активности РНК-компонента теломеразы[англ.] чрезвычайно важны псевдоузлы[1]. Кроме того, некоторые вирусы формируют тРНК-подобный мотив в своей РНК при помощи псевдоузлов. Этот мотив необходим для проникновения в клетку-хозяина[8].
Примечания
[править | править код]- ↑ 1 2 Chen JL, Greider CW. (2005). "Functional analysis of the pseudoknot structure in human telomerase RNA". Proc Natl Acad Sci USA 102(23): 8080–5.
- ↑ Staple D. W., Butcher S. E. Pseudoknots: RNA structures with diverse functions (англ.) // PLoS Biol. : journal. — 2005. — June (vol. 3, no. 6). — P. e213. — doi:10.1371/journal.pbio.0030213. — PMID 15941360. — PMC 1149493. Архивировано 15 сентября 2019 года.
- ↑ Rivas E, Eddy S. (1999). "A dynamic programming algorithm for RNA structure prediction including pseudoknots". J Mol Biol 285(5): 2053–2068.
- ↑ Dirks, R.M. Pierce N.A. (2004) An algorithm for computing nucleic acid base-pairing probabilities including pseudoknots. "J Computation Chemistry". 25:1295-1304, 2004.
- ↑ Shamsudin S. Nasaev, Artem R. Mukanov, Ivan I. Kuznetsov, Alexander V. Veselovsky. AliNA – a deep learning program for RNA secondary structure prediction (англ.) // Molecular Informatics. — 2023-12. — Vol. 42, iss. 12. — ISSN 1868-1743. — doi:10.1002/minf.202300113. Архивировано 26 января 2024 года.
- ↑ Lyngsø RB, Pedersen CN. (2000). "RNA pseudoknot prediction in energy-based models". J Comput Biol 7(3–4): 409–427.
- ↑ Lyngsø, R. B. (2004). Complexity of pseudoknot prediction in simple models. Paper presented at the ICALP.
- ↑ Pleij C. W., Rietveld K., Bosch L. A new principle of RNA folding based on pseudoknotting. (англ.) // Nucleic Acids Res : journal. — 1985. — Vol. 13, no. 5. — P. 1717—1731. — doi:10.1093/nar/13.5.1717. — PMID 4000943. — PMC 341107.