Intrinsic universality of co-transcriptional folding

共转录折叠的内在普遍性

基本信息

批准号：
20K11672
负责人：
関新之助
金额：
$ 2.66万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

RNA1本鎖はポリメラーゼがDNA2本鎖の情報を1文字（A, G, G, T）ずつ読み取り、A→U, C→G, G→C, T→Aという規則に則って伸長することで合成（転写）される。転写と並行して鎖は折り畳まれていくのだが、この現象をRNA co-transcriptional folding（CF）といい、生体内の様々な情報処理を司っている。折り畳み（oritatami）はCFの計算能力を調べるために提唱された数理モデルである。このモデルでは全ての計算可能関数が計算できるが、それは入力に対して正しい出力を返すというだけでその出力を如何にして得たかという示唆を何ら与えるものではない。フォールディングの過程を理解することこそCF駆動の生体内計算機構の実装には不可欠であるから、本研究課題はある折り畳みシステムの振る舞いを別の折り畳みシステムで模倣できるか、さらにはあるクラスに含まれる全ての折り畳みシステムの振る舞いを模倣する汎用折り畳みシステムの設計が可能か、という問題に解を与えることにある。折り畳み計算の主要な駆動原理にシフトがある。転写のある段階において、転写物の一部がある環境では短く縮み、別の環境では伸びるとすると、それ以降の転写は異なった場所で起こることになる。例えば転写産物の上に書かれているテーブルを入力に応じた量だけ左右にスライドさせ特定のセルを参照する、などといったことが可能になる。折り畳みシステムの計算完全性の証明もこのテーブル参照法に依拠している。シフトの新しい応用として、複数のシグナルを並行かつ独立して折り畳みシステムに伝送させる方法の確立がある。この並列情報伝送に重要な役割を果たすモジュール「elastic glider」を開発し、入力として与えられた任意の自然数nに対し、一辺がnの正方形へと折り畳まれる折り畳みシステムの設計に着手した。

单链 RNA 是由聚合酶从双链 DNA 中一次读取一个字符（A、G、G、T）的信息并根据规则 A→U、C→G、G→C 延伸而产生的， T→A。该链折叠与转录平行，这种现象称为RNA共转录折叠（CF），它控制着生物体中的各种信息处理。折叠（oritatami）是为了研究 CF 的计算能力而提出的数学模型。该模型可以计算所有可计算函数，但它只是返回输入的正确输出，而不给出任何有关如何获得该输出的指示。由于理解折叠过程对于实现 CF 驱动的体内计算机制至关重要，因此本研究问题是一个折叠系统的行为是否可以被另一个折叠系统模仿，即使它包含在某一类中。目的是回答是否可以设计一个模仿所有折叠系统行为的通用折叠系统的问题。折叠计算的主要驱动原理发生了变化。如果在转录的某个阶段，转录本的一部分在一种环境中缩短而在另一种环境中延长，则随后的转录将发生在不同的位置。例如，通过将写在抄本顶部的表格向左或向右滑动与输入相对应的量，可以引用特定的单元格。折叠系统计算完整性的证明也依赖于这种查表方法。这种转变的一个新应用是建立一种将多个信号并行且独立地传输到折叠系统中的方法。我们开发了一个弹性滑翔机，这是一个在并行信息传输中发挥重要作用的模块，并开始设计一个折叠系统，将作为输入给出的任何自然数 n 折叠成一个有 n 条边的正方形。