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RNA folding kinetics including pseudoknots
towards the design of artificial RNA switches
Stefan Badelt
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Betreuer*in
Ivo Hofacker
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Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
DOI
10.25365/thesis.15725
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29155.77591.509261-7
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Abstracts

Abstract
(Deutsch)
RNA Moleküle sind ein essenzieller Bestandteil biologischer Zellen. Ihre Vielfalt an Funktionen ist eng verknüpft mit der jeweiligen Sequenz und der daraus gebildeten Struktur. Der Großteil bekannter RNA Moleküle faltet in eine bestimmte energetisch stabile Struktur, bzw. ̈hnliche suboptimale Strukturen mit der gleichen biologischen Funktion. Riboswitches hingegen, eine bestimmte Gruppe von RNA Molekülen können zwischen zwei strukturell sehr verschiedenen Konformationen wechseln, wobei eine funktional ist und die andere nicht. Die Umfaltung solcher RNA-Schalter wird normalerweise durch verschiedenste Metaboliten ausgelöst die mit der RNA interagieren. Zellen nutzen dieses Prinzip um auf Signale aus der Umwelt effizient reagieren zu können. Im Zuge der synthetischen Biologie wurde eine neue Art von RNA-Schaltern entwickelt, die statt einem bestimmten Metaboliten ein anderes RNA Molekül erkennt [1]. Dieses Prinzip ziehlt weniger darauf ab Signale aus der Umgebung wahrzunehmen, sondern ein weiteres Level an Genregulation zu ermöglichen. In dieser Abeit wird das Program RNAscout.pl präsentiert, welches die Umfaltung zwischen verschiedenen RNA Strukturen berechnet und damit die Effizienz RNA-induzierter RNA-Schalter bewerten kann. Der zugrundeliegenede Algorithmus berechnet ein Set an Zwischenzuständen die sowohl energetisch günstig, als auch strukturell ähnlich zu den beiden stabilen Riboswitch-Konformationen sind. Basierend auf diesem Umfaltungsnetzwerk werden kinetische Simulationen gezeigt, bei denen der Umfaltungsweg des RNA-Schalters vorhergesagt wird. Des Weiteren wird das Programm pk findpath vorgestellt. Der zugrundeliegende Algorithmus berechnet den besten direkten Umfaltungspfad zwischen zwei RNA Strukturen mittels einer Breitensuche. Beide Programme, RNAscout.pl und pk findpath, werden verwendet um abzuschätzen ob natürliche RNA Moleküle optimiert sind um in ihre energetisch günstigste Konformation zu falten. Im Zuge dessen werden die Programme mit existierenden Programmen des Vienna RNA package [2] verglichen.
Abstract
(Englisch)
RNA molecules are essential components of living cells. Their wide range of different functions depends on the sequence of nucleotides and the corresponding structure. The majority of known RNA molecules fold into their energetically most stable conformation, as well as structurally similar suboptimal conformations that do not alter the specific task of the molecule. However, there are RNA molecules which can switch between two structurally distant conformations one of which is functional, the other is not. The best known examples are riboswitches, which usually sense various kinds of metabolites from their environment that trigger the refolding from one conformation into the other. The rather new field of synthetic biology led to the construction of an example for a new type of riboswitches, which refold upon interaction with other RNA molecules [1]. Such RNA-triggered riboswitches are not aimed at sensing the environment, but expand the repertoire of gene-regulation. Inspired by this example, we present RNAscout.pl, a new program to study refolding between two RNA conformations, which can be used to estimate the performance of RNA-triggered riboswitches. The underlying algorithm heuristically computes a set of intermediate conformations that are energetically favorable and structurally related to both stable conformations of the riboswitch. Based on this refolding network, we show kinetic simulations that support the expected refolding path for our riboswitch example. Moreover, we present pk findpath, a breadth-first search algorithm to estimate direct paths (i. e. a small subset of all possible paths) between two different RNA conformations. Both programs RNAscout.pl and pk findpath will be used to estimate whether natural RNA molecules are optimized to fold into their energetically most stable conformation. Thereby, we compare the new programs against existing programs of the Vienna RNA package [2]

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
RNA riboswitch folding landscape barrier height
Schlagwörter
(Deutsch)
RNA riboswitch folding landscape barrier height
Autor*innen
Stefan Badelt
Haupttitel (Englisch)
RNA folding kinetics including pseudoknots
Hauptuntertitel (Englisch)
towards the design of artificial RNA switches
Paralleltitel (Deutsch)
RNA Kinetik mit Pseudoknoten
Publikationsjahr
2011
Umfangsangabe
V, 122 S. : graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Ivo Hofacker
Klassifikation
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.03 Methoden und Techniken in den Naturwissenschaften
AC Nummer
AC09396946
Utheses ID
14113
Studienkennzahl
UA | 490 | | |
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