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1、RNA Structure 3 71 RNAStructure 利用 Zuker 算法 Zuker Algorithm 根据最小自由能原理 minimizing free energy 通过RNA一级序列预测RNA二级结构 预测所用的热力学数据是最近由Turner 实验室获得 该软件使用了一些模块来扩展 Zuker 算法的能力 并使之为一个界面友好的 RNA 折叠程序 基本配置 Win95 98 Me NT 2000 Pentium 以上芯片 32 兆内存 软件下载 需要在线免费注册 基本配置 Windows95 Windows98 或 WindowsNT Pentium 以上芯片 32 兆内
2、存 1 熟悉菜单对熟悉使用非常重要 简单介绍如下 熟悉菜单对熟悉使用非常重要 简单介绍如下 New Sequence 打开序列编辑器 可输入或粘贴入序列 以 seq 格式存储 Open Sequence 打开以 seq 格式 gen genbank 格式或文本格式存贮的序列文件 RNA Fold Single Strand 此项使用 RNA 参数打开折叠窗口 DNA Fold Single Strand 此项使用 DNA 参数打开折叠窗口 RNA Fold Intermolecular 此项使用 RNA 参数折叠两个单体 DNA Fold Intermolecular 此项使用 DNA 参数折
3、叠两个单体 Refold 此项使用不同于先前使用的标准 重新折叠 快速生成次优结构 用于已经折叠 并存盘的序列 Efn2 此项测定生成的 RNA 二级结构的自由能 储存在 ct 文件格式中 Draw 此项可绘制任何结构 储存在 ct 文件格式中 Dot Plot 此项可计算任何折叠的序列的点阵图 用于已经折叠并存盘的序列 Mix and Match 此项可重组次优结构的区域使生成最低自由能的结构 与化学修饰数据 一致 Oligo Walk 打开 Oligo Walk tool 帮助确定一个与 RNA 对象紧密杂交的寡聚体 2 方法 方法 RNAstructure 使用 Zuker 算法预测 R
4、NA 二级结构 预测一个结构分两步进行 第一步是 使用回归算法生成一个最优结构与一系列次优结构 生成次优结构的个数由用户输入的两个参数 maximum structures and sort 决定 第三个参数为窗口大小 此参数控制次优结构 有多少不同 小的窗口尺寸只允许生成非常类似的结构 第二步是重新排序最有可能的结构 使用公式重新计算每个结构的最小自由能 输出根据重 新计算的最小自由能排序 两步是连续进行的 3 准确度准确度 最近的研究比较了预测与种系确定的结构 When domains of less than 500 bases were used the algorithm was a
5、ble to predict 82 5 of 3 426 base pairs from small subunit rRNAs group I introns group II introns and tRNAs 4 序列编辑器序列编辑器 4 1 如何生成与编辑一个如何生成与编辑一个 RNA 或或 DNA 序列序列 选择 File New 菜单 打开序列编辑窗口 需要的话 在 Title 框内输入 Title 信息 在 Comment 框内输入注释信息 最后在 Sequence 框内输入序列信息 由 5 端到 3 端 注意 使用大写字母输入序列 当使用 T 或 U 或同时使用时 RNA 折叠
6、算法将假设其为 RNA 将 T 认 为是 U 而 DNA 折叠模块将认为其为 DNA 并将 U 认为是 T 可使用 X 代表缺口或未知碱基 选择 File Save 或 File save as 命令以 SEQ 格式贮存 4 2 载入序列或引入载入序列或引入 Genbank 格式文件格式文件 选择File Open Sequence命令载入 SEQ序列文件 也可选择Genbank格式文件 GEN 或只有序列信息的文本文件 4 3 序列编辑序列编辑 当输入一个序列时 如果 Read while typing 选项选择的话 可在输入同时听到输入的序 列 按下 Read back 键 计算机将从光标
7、所在位置向回读序列 按 Cancel 键终止 如果先选 择一部分序列再按 Read back 键 只读取选定部分 序列编辑器可将你输入的序列转存为类似 Genbank 格式的文件 按下 Format 键 序列将 变为每行 60 个碱基 每 10 个碱基一个空格 Fold RNA 键将你的文件输入 Fold 模块 程序将提示你存盘 5 折叠折叠 5 1RNA 单链折叠 如何预测单链折叠 如何预测 RNA 二级结构二级结构 1 选择 file RNA fold single strand 启动模块 单击 sequence 按键 打开对话框以载 入序列 此序列必需以 SEQ 为扩展文件名 其它序列文
8、件可在序列编辑器中转为此格式 注意 必需为大写字母 2 输入文件名后 缺省值将填充在剩下的区域 这些值可改变 选取 Generate Save File 选项 在执行算法后生成存盘文件 此存盘文件用于重新折叠与生成点阵图 3 在此碱基可被强制为单链或双链或螺旋 4 单击开始键 开始预测运算 5 需要的话 选择 Draw structure 在绘图模块中看预测的二级结构结果 输出的二级 结构以最小自由能顺序排列 但由于方法的限制与热力学参数的简化 第一个结构并不一定为实 际的 RNA 结构 要折叠一个已存贮为 seq 文件的序列 可选择菜单选项 file fold RNA single stra
9、nd 直接进入折叠窗口 或单击工具条中的 fold RNA single strand 键 5 2 RNA 单链折叠模式 选项与高级选项单链折叠模式 选项与高级选项 次优结构输出的数量由用户输入的两个参数决定 Max Energy Difference 最大能量差异百分值 设定所允许的输出结构自由能与最 小自由能的差异百分数数值 例如 如果结构的最小自由能为 100 kcal mol 最大能量差异百 分值 则会排除任何等于或大于 90 kcal mol 的结构 大于即为负值更小 Max number of structures 最大结构数 所预测的可能结构的数量的绝对上限值 最 大为 1000
10、 Window size 窗口大小 此参数设定所生成的次优结构之间的差异程度 Windows size 设定值越小 则生成的结构则越接近的结构 反之 Windows size 设定值越高 则生成的结构 则差异越大 Advanced Options 高级选项 除非特殊情况 不推荐使用 5 3 RNA 单链折叠模式 强制某个碱基为单链模式单链折叠模式 强制某个碱基为单链模式 在二级结构预测过程中 用户可强制设定不配对的碱基 方法有如下两种 1 在序列文件中 不配对碱基使用小写字母小写字母表示 2 选择要折叠的序列后 选择 Force Single 菜单 进入文本编辑框 输入不配对碱基从 5 端的位
11、置序号 单击 OK 可重复此步来设定多个强制为单链的碱基 查看目前的选择碱基 选择 Force Current 重新设定选择碱基 选择 Force Reset 菜单 命令 5 4 RNA 单链折叠模式 强制某个碱基为双链模式单链折叠模式 强制某个碱基为双链模式 用户能选择必须配对的碱基 由 Force Double Stranded 菜单命令完成 操作类似上述 5 5 RNA 单链折叠模式 二级结构预测中强制某个碱基配对单链折叠模式 二级结构预测中强制某个碱基配对 选择菜单命令 Force Pair 完成 5 6 折叠模式 使用限制输出概述折叠模式 使用限制输出概述 尽管作者及其他人经过了巨大
12、努力 本软件所预测的最低自由能结构可能并不是它在自然界 存在的形式 特别是当序列长度大于 1000 个碱基时更是如此 对一些小型的结构数据库的最近研究证明 最低自由能结构包含了大约73 的正确碱基对 并且当序列长度为 700 个碱基仍是如此 但前 有 95 的正确碱基对则至少出现在 1000 个 最佳次优结构中的一个结构中 因此 我们建议通过实验来限制预测的结构 例如 化学修饰数 据可帮助识别存在于自然界的结构 Mix Match 模块的功能便是帮助你使用此类数据识别最可 能自然结构 5 7 其它折叠模式其它折叠模式 RNAstructure 现在也提供其它几种折叠的预测 如 DNA 单链折叠
13、 RNA 和 或 DNA 寡 聚体分子间折叠 并提供再折叠 refold 选项来生成已折叠序列的次优结构 这些折叠均使用 了 RNA 单链折叠模式的相同基本输出内容 DNA 单链折叠单链折叠 DNA 序列的折叠原理是根据 John SantaLucia Jr 及其同事提供的热力学参数 参数的具 体内容可见相关参考文献或到其主页浏览 RNA 或或 DNA 分子间折叠分子间折叠 可使用 RNA 或 DNA 参数确定寡聚体的分子间二级结构 这需要选定两个序列 分子间折叠使用初始参数以正确决定自由能 但也有一些限制 程序算法不能预测 pseudoknots 对于分子间折叠意味着 pseudoknots
14、 结构如 kissing hairpins 结构不能被正 确预测 因此 使用的分子间折叠的序列应很短 Refold 重新折叠选项可读取一个由任何折叠模块生成的存盘文件 sav 并生成一个不同的次优结 构 因为程序算法分为两部门 因此这功能非常有帮助 第一步是非常慢的一步 重新折叠便读 取第一步的数据快速生成其它结构 6 EFN2 能量函数能量函数 2 此模块计算结构的自由能 1 单击 CT File 按键 打开对话框输入 CT 文件的名字 这是一个含有二级结构信息的文件 格式 以 CT 为扩展名 2 对于输出文件 OUT 给出了缺省名称 可单击 Out file 按键更改 3 单击 Start
15、 按键 4 输出两个文本文件扩展名分别为 CT 与 OUT 5 使用文本文件编辑器打开文件 6 结构以自由能大小排列 7 绘图模块绘图模块 1 选择菜单命令 File Draw 2 选择一个已存在的 CT 文件绘图 如果 CT 文件含有超过一个结构 可以选择观看哪个结构 在菜单中选择 View Structure number 选择想要观看的结构 或按住 Control 键按动上箭头或下箭头也可更改现有显示结构 放大缩小放大缩小 选择 View Zoom 或按住 Control 键按动左箭头或右箭头 打印打印 选择 File Print 拷贝到剪贴板拷贝到剪贴板 选择 Copy 菜单 place a black and white bitmap on the clipboard 将其拷贝到剪贴板 并可复制到其它应用程序 可在 view counterclockwise 菜单选项选择是顺时针还是逆时针绘图
