29、从RNA序列中寻找共同RNA二级结构

从RNA序列中寻找共同RNA二级结构

1. 引言

RNA（核糖核酸）在生物体自我繁殖过程中扮演着重要角色。RNA是单链的，但它们倾向于通过自我折叠形成更高级的结构，如二级或三级结构。RNA的结构决定了其序列的功能。由于对大的RNA分子进行结晶和获取核磁共振光谱数据非常困难，因此从一级序列确定RNA结构的可靠方法就显得尤为重要。预测RNA二级结构是确定RNA结构的重要一步。基于可靠的RNA二级结构，可以描述二级结构元件之间以及这些元件与单链区域之间可能发生的三级相互作用。

已经开发了热力学稳定性方法，将单个RNA折叠成具有最小或接近最小能量的二级结构，并取得了一定的成功。系统发育比较方法更为成功，它试图通过检查大量可能的碱基配对来确定一组RNA序列的共同二级结构，以判断其可能的保守性。然而，这种方法非常繁琐，因为它基本上是手动执行的。在本文中，我们提出了一种使用动态规划的算法，试图使系统发育比较过程自动化。

给定三个RNA序列，我们首先对每个序列应用折叠算法，以确定经常出现的茎，这些茎被认为在热力学上是有利的。然后，我们将算法应用于折叠算法生成的三个茎列表，以确定共同的二级结构。我们将该方法应用于三种病毒：柯萨奇病毒、人鼻病毒（14型）和脊髓灰质炎病毒（3型），成功地产生了这些病毒共同二级结构的主要组成部分。

2. 符号说明

RNA分子由一长串相互连接的亚基（核糖核苷酸）组成。每个核糖核苷酸包含四种可能的碱基之一：A（腺嘌呤）、C（胞嘧啶）、G（鸟嘌呤）和U（尿嘧啶）。因此，RNA分子由其碱基序列唯一确定。RNA通过分子内碱基配对进行折叠。RNA二级结构通过这些碱基配对产生的氢键得以稳定。此外，螺旋中碱基对的堆叠使分子稳定，并降低了折叠结