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Kinetics of RNA Structure Formation
folding pathwaysand evolution
Maria Waldl
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Chemie
Betreuer*in
Andrea Tanzer
DOI
10.25365/thesis.48588
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-23239.33915.870164-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Funktion von nicht-codierenden RNA ist stark von ihrer evolutionär konservierten Struktur abhängig. Die Faltung der Struktur ist ein co-transkriptioneller, dynamischer Prozess. Experimente deuten darauf hin, dass nicht nur das Endprodukt der Faltung sondern auch transiente Strukturen funktional und daher konserviert sind.
Um neue funktionel wichtige Strukturen zu entdecken, untersuchten wir Konservierungsmustern in simulierten Faltungstrajektorien homologer RNAs. Über die Konservierung von transienten Strukturen ist bisher wenig bekannt und nur wenige solche Strukturen wurden experimentell nachgewiesen. Etablierte Programme wie Kinwalker und Kinefold ermöglichen uns allerdings, die kinetische Faltungstrajektorien zu simulieren und ihre Konservierung zu erforschen.
Als ersten Schritt erstellten wir einen Datensatz aus vorhergesagten Faltungstrajektorien und experimentell nachgewiesenen transienten Strukturen, basierend auf Beispielen aus Zhu et al.. Aktuell enhält dieser Datensatz Experimentaldaten und simulierte Faltungstrajektorien für fünf RNA-Familien (gesamt 437 Sequenzen). Weiters definierten wir einen teilautomatischen Prozess zur laufenden Aktualisierung der Datenbank.
Unsere Analyse bestätigt, dass die meisten experimentell nachgewiesenen Strukturen konserviert sind. Zusätzlich konnten wir neue konservierte intermediäre Strukturen vorhersagen. Der Datensatz wurde außerdem verwendet um Simulationsprogramme für kinetischer RNA-Faltung zu vergleichen und wichtige Faktoren für die erfolgreiche Modellierung der RNA-Faltung zu identifizieren.
Weiters entwarfen wir einen neuen Algorithmus zum Alignieren von Faltungstrajektorien. Diese Alignments zeigen, dass homologe RNAs ähnlichen Faltungspfaden folgen die an funktionell wichtigen intermediären Strukturen konvergieren.
Schlussendlich entwickelten wir ein Hintergrundmodell für die Frequenz von Strukturmustern in zufälligen Sequenzen. Dafür entwarfen wir eine Grammatik, die gewissen Strukturmotiven folgende Sequenzen generiert, und die Asymptotik der zugehörigen Folge von Zählkoeffizeinten anhand ihrer erzeugenden Funktionen analysiert.
Abstract
(Englisch)
The function of non-coding RNAs often depends on evolutionary conserved structures. Structure formation, however, is a dynamic, co-transcriptional, process. Recent experiments indicate that in addition to the final native state, transient structures can be functional and evolutionary conserved.
We investigated predicted folding trajectories of homologous RNAs to detect novel functionally important structures. Little is known about the conservation of transient structures and only few are experimentally confirmed. Using programs like Kinwalker and Kinefold we simulated kinetic folding trajectories and studied their conservation.
In the first step we built a dataset of predicted folding trajectories and experimentally confirmed transient structures, starting from the examples published in Zhu et al..
This dataset contains experimental data and simulated folding trajectories for 5 RNA families comprising 437 sequences. A semi-automated pipeline allows to continually update the database.
Our analysis showed that most experimentally known transient structures are indeed conserved. In addition we predicted new conserved folding intermediates.
The dataset was used to compare existing kinetic RNA folding programs, to investigate what factors are essential for successful modeling of the folding kinetics.
Further we developed a novel algorithm for aligning folding trajectories. This trajectory alignments show that homologous RNAs fold along highly similar pathways that converge strongly at functional intermediates.
Finally, we developed a background model for the frequency of structure patterns in random sequences. To this end we designed a grammar that generates sequences containing a desired structure pattern and analyzed the asymptotics of the corresponding counting series via their generating functions.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
kinetics RNA RNA secondary structure folding co-transcriptional
Schlagwörter
(Deutsch)
Kinetik RNA RNA Sekundär Struktur Faltung transkriptionell
Autor*innen
Maria Waldl
Haupttitel (Englisch)
Kinetics of RNA Structure Formation
Hauptuntertitel (Englisch)
folding pathwaysand evolution
Paralleltitel (Deutsch)
Kinetik der RNA Struktur Faltung
Publikationsjahr
2017
Umfangsangabe
102 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Andrea Tanzer
AC Nummer
AC15128697
Utheses ID
42938
Studienkennzahl
UA | 066 | 862 | |