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Seeing secondary, sampling tertiary
a parallel journey through the prediction and visualization of RNA tertiary and secondary structure
Peter Kerpedjiev
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (Diss.geb.: Biologie, DK: RNA Biology)
Betreuer*in
Ivo Hofacker
DOI
10.25365/thesis.40875
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30395.59583.796370-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die vorliegende Dissertation umfasst zwei übergeordnete Schwerpunkte,
die Vorhersage von RNA-Tertiärstruktur und die Visualisierung von
Sekundärstruktur.
Der erste Schwerpunkt, ein coarse-grainedModell derRNA-Tertiärstruktur,
ermöglicht die Ensemble-basierte Modellierung der Tertiärstruktur einer
RNA, aufbauend auf deren Primär- und Sekundärstruktur. Dieser neue
Ansatz bietet, im Gegensatz zu bestehenden Methoden, die Möglichkeit
rasch eine Vielzahl von Strukturen für spätere Analysen zu generieren.
Ziel ist es, ausgehend von einer RNA-Sekundärstruktur, den sich ergebenden
Konformationsraum größtmöglich zu erkunden. Die Ergebnisse
zeigen, dass die entwickelte Methode einen bedachtem Schritt in die
richtige Richtung darstellt. Die Strukturvorhersagen sind qualitativ vergleichbar
mit Ergebnissen wesentlich komplexerer Ansätze. Die Methode
generiert in einem Bruchteil der Zeit eine große Anzahl an Strukturen.
Diese Strukturen sind konsistent mit Deskriptoren globaler RNAStruktur,
abgeleitet aus nativen RNA-Strukturen. Die vorhergesagten
Strukturen eignen sich prinzipiell hervorragend als Ausganspunkt für
weitere Analysen und sollen Experimenten wie Förster Resonance Energy
Transfer (FRET) oder Atomic Force Microscopy (AFM) als hilfreiche
Untermauerung ihrer Ergebnisse dienen.
Der zweite Schwerpunkt, ein Visualisierungstool, zielt auf die einfache
Darstellung von RNA-Sekundärstrukturen ab. Obwohl für diesen Zweck
bereits Tools entwickelt wurden, sticht die hier vorgestellte Neuentwicklung
durch die Freiheit von jeglichen Software-Dependencies, Browser-
Integration und eine Reihe von neuen Features hervor. So ist es möglich
mit der Applikation in innovativer, attraktiver und einleuchtenderWeise
cotranksriptionelles Falten darzustellen, was zukünftigen Forschern die
Verschiedenheit der dabei potentiell involvierten Strukturen elegant verständlich
macht. Aufbauend auf jener Darstellungsweise, wurde das klassische
Layout zur Visualisierung von Basenpaar-Wahrscheinlichkeiten,
der Dot-Plot, auf eine Darstellung übertragen welche sich im Rahmen
einer leicht verständlichen Sekundärstruktur mit allen relevanten Basenpaaren
bewegt. Dieser Teil ist direkt mit der Tertiärstrukturvorhersage verbunden,
da gezeigtwerden konnte dass die flexible Art der Sekundärstruktur-
Visualisierung in der Lage ist korrekte und inkorrekte long-range Interactions
zu identifizieren.
Abstract
(Englisch)
This thesis presents two parallel tracks of research into the prediction of
RNA tertiary structure and the display of secondary structure.
The first, a coarse-grain model of RNA tertiary structure, provides an
ensemble based prediction method for modeling RNA’s tertiary structure
given its primary and secondary structure. In contrast with existing
methods, it excels at quickly providing a multitude of predictions for
use in downstream analysis.We aim to efficiently sample the conformational
space that can be explored by a given RNA secondary structure.
The results indicate that our work is a cautious step in the right direction.
The quality of the predictions are comparable with those from more
sophisticated models.We can generate numerous predictions in a relatively
short amount of time and our predictions are consistent with the
knowledge-based descriptors of global RNA structure derived from native
structures.We hope that the conformations we generate can serve as
valuable inputs for further downstream analysis corroborating evidence
from experiments such as Förster resonance energy transfer (FRET) and
atomic force microscopy (AFM).
The second, a visualization tool, aims to simplify the display of RNA
secondary structures.While a number of tools exist for this purpose, ours
is dependency free, accessible from any browser-equipped computer and
offers a number of features not found in any other software. We have
used our implementation to provide innovative, attractive, and revealing
depictions of cotranscriptional folding which allow researchers to better
understand the variety of structures which may potentially form as an
RNA is being transcribed.This same layout was used to re-imagine the
traditional dot-plot layout for displaying base pair probabilities and supplement
it with a relevant and easily understandable depiction of the RNA
structures that these base pairs are found in.We tie this second section
back to the tertiary structure prediction work by showing how a flexible
method for displaying secondary structure can be used to diagnose
correctly and incorrectly predicted long range interactions in tertiary
structures.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
RNA secondary structure RNA tertiary structure RNA Visualization Bioinformatics
Schlagwörter
(Deutsch)
RNA Sekundärstruktur RNA Tertiärstruktur RNA Visualisierung
Autor*innen
Peter Kerpedjiev
Haupttitel (Englisch)
Seeing secondary, sampling tertiary
Hauptuntertitel (Englisch)
a parallel journey through the prediction and visualization of RNA tertiary and secondary structure
Publikationsjahr
2016
Umfangsangabe
xix, 223 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Alain Denise ,
Craig Zirbel
AC Nummer
AC13036215
Utheses ID
36191
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 437 |