Vi presenterar en mycket exakt metod för att identifiera gener med bevarad RNA sekundär struktur genom att söka flera sekvensanpassningar av en stor uppsättning kandidat ortologs för korrelerade arrangemang av omvänd-kompletterande regioner. Detta tillvägagångssätt blir allt mer genomförbart eftersom genomet hos allt fler organismer sekvenseras. Ett program som kallas MSARI implementerar denna metod och är betydligt mer exakt än befintliga metoder i samband med automatiskt genererade justeringar, vilket gör det särskilt tillämpligt på höggenomströmningsskanningar. I våra tester urskiljde den CLUSTALW-genererade flera sekvensanpassningar av signaligenkänningspartikel eller RNASEP-ortologer från kontroller med 89,1% känslighet vid 97,5% specificitet och med 74,4% känslighet utan falska positiva i 494 kontroller. Vi använde MSARI för att genomföra en omfattande scanning för sekundär struktur i mRNA av kodande gener, och vi hittade många gener med känd mRNA sekundär struktur och övertygande bevis för sekundär struktur i andra gener. MSARI använder en metod för att hantera sekvens redundans som sannolikt har applikationer i en stor uppsättning andra jämförelsebaserade sökmetoder. Programmet är tillgängligt för nedladdning från http: entery.csail.mit.edu till MSARi. RNA:s struktur bestäms i stor utsträckning av cis-basparning (AU, GC och GU). Denna grundparning kallas sekundär struktur. En icke-kodande RNA (ncRNA) (1) gen uttrycker RNA som aldrig översätts till protein men är icke desto mindre biologiskt signifikant. Exempel på sådana gener är tRNA och XIST, som hos däggdjurshanar undertrycker uttryck av gener på X-kromosomen (2-4). RNA sekundär struktur i mRNAs kan också vara biologiskt signifikant, kontrollera timing och lokalisering av proteinuttryck (5). Att identifiera en sådan sekundär struktur kommer att vara avgörande för en fullständig förståelse av cellbiologi (6). De flesta arbete på att identifiera RNA sekundär struktur har varit i samband med att söka efter ncRNA gener. Vissa metoder till automatiserad identifiering av ncRNA gener har fokuserat på att söka efter en igenkännlig sekundär struktur associerad med RNA transkript som tjänar en specifik biologisk funktion. Ett exempel på denna typ av program är Eddy och medarbetare' 8), som söker efter tRNAs. Andra är Regalia et al.'s sökande efter signaligenkänningspartiklar (9) och Rhoades et al.Sök efter mikroRNA (10). Automatiskt identifiera nya biologiskt signifikanta RNA sekundärstruktur har visat sig vara svårt. I sig själv är RNA-sekundär struktur i fristående gener inte särskilt mottaglig för datorbaserade igenkänningsmetoder, eftersom många RNA-sekvenser tycks ha termodynamiskt rimliga sekundära strukturer av ingen biologisk relevans (11). Dessutom kan ncRNA gener inte urskiljas genom att använda standard beräkningsalgoritmer för gendetektering, som är inriktade på gener som uttrycker proteiner och är starkt beroende av att lokalisera stoppkodon och andra proteinspecifika guider (12-17). Jämförande metoder ger ett sätt att skära genom överflödet av rimliga, men irrelevanta, strukturer: endast sekundär struktur som bevaras över olika arter är sannolikt biologiskt betydande. Vi är medvetna om två program som söker efter sekundär struktur genom att jämföra potentiellt ortologa sekvenser. Den första är QRNA (1, 18), som avsöker parvisa justeringar av homologa DNA-sekvenser från relaterade genom. Den använder en statistisk modell som flaggor inriktningar som uppvisar mutationsmönster bevara bas-parning i en termodynamiskt rimlig RNA sekundär struktur. Sedan första skicka in denna artikel för publicering, har vi också lärt oss av ett program som kallas DDBRNA (19), som testar för kompletterande mutationer i tre-sekvens flera sekvensanpassningar (MSA). Ett allvarligt problem med både QRNA och DDBRNA är att de bara kan upptäcka kompletterande mutationer av ortologa baspar som har exakt anpassats till varandra (1, 19). Detta gör dem ofullkomliga för storskaliga genomavsökningar, som standard anpassning algoritmer inte tillförlitligt anpassa sådana baspar. För en tillräckligt stor handkurerad MSA av kända ncRNA ortologer på rätt evolutionärt avstånd från varandra, där många ortologa baspar är i linje, covariation mellan motsvarande kolumner av MSA kan användas för att urskilja det från kontroller såsom de som beskrivs i Resultat med nästan perfekt noggrannhet. Handhärdning av MSA kan dock inte vara en del av någon höggenomgångsgenomsökning. Ett relaterat problem till RNA sekundär struktur detektion är finkornig sekundär struktur förutsägelse. Detta är problemet med att bestämma alla baspar i sekvenser kända att ha (21) använda MSA av kända ncRNA ortologs för sekundär struktur förutsägelse, men inte detektion. I samband med sekvenser kan Mathews och Turners DYNALIGN (22) och Sankhoffs strukturjusteringsalgoritm (23) användas för strukturprognoser. Sekundär struktur förutsägelse kräver tillräcklig känslighet för att förutsäga nästan alla baspar och kan ha relativt låg specificitet utan att försämra dess användbarhet. Detektion av sekundär struktur i en fullgenomsökning kräver mycket större specificitet, men kan vara användbart med mycket lägre-per-bas par känslighet. Stora MSA har länge använts för manuell förutsägelse av ncRNA sekundär struktur och har också nyligen använts i automatiserad struktur förutsägelse (20, (24) (25) (26), men vi är inte medvetna om några tidigare försök att använda dem i sökningar efter nya RNA sekundär struktur. Här föreslår vi en ab initio RNA sekundärstruktur detektionsschema med hjälp av stora MSA som inte förlitar sig på kunskap från eller utbildning på särskilda RNA sekundära strukturer. De statistiska bevisen för bevarande av RNA sekundär struktur över många sekvenser är ofta så starka att enkla, robusta statistiska modeller kan användas för att upptäcka det. I synnerhet, förutom att vara ett mycket mer exakt detektionssystem än sina föregångare, är enligt vår kunskap vår för närvarande den enda som klarar av de felaktigheter som är typiska för automatiskt genererade anpassningar. Vår strategi bygger på att beräkna den statistiska betydelsen av korta, sammanhängande potentiella sekundära struktur bas-parade regioner som bevaras mellan kandidat ortologs och möjliggör små variationer mellan anpassningFritt tillgänglig online genom PNAS open access-alternativet. Förkortningar: ncRNA, icke-kodande RNA; MSA, flera sekvensjustering.
REF identifiera bevarade RNA-regioner baserade på sekvensanpassning genom att söka efter korrelerade omvänt-kompletterande regioner.
msari: Multiple sequence alignments for statistical detection of RNA secondary structure
{'venue': 'Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America', 'journal': 'Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America', 'mag_field_of_study': ['Biology', 'Medicine']}