Collaborative Research: Multimodal RNA structural motifs in alphavirus genomes: discovery and validations

合作研究:甲病毒基因组中的多模式 RNA 结构基序:发现和验证

基本信息

  • 批准号:
    9460591
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 35.15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-08-01 至 2022-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The most well-studied RNA molecular structures, notably tRNA and rRNA, exist as a single dominant conformation. However, a growing number of small non-coding RNA sequences are known to function by switching between multiple stable configurations. It is expected that such multi modal structural motifs punctuate the ensemble of low-energy structures for an RNA viral genome like Chikungunya, regulating the viral lifecycle. Characterizing these small overlapping sets of stable base pairs, embedded in lengthy sequences with high structural diversity, is essential to understanding how critical structural signals encode the functionality of these important pathogens. This collaboration leverages complementary strengths of previous results --- mining competing signals from the structural ensemble (profiling) and next generation chemical footprinting (SHAPE-MaP) --- to tackle the challenge of multi modal motif discovery in a test set of three alphavirus genomes. This first aim will be achieved by developing the necessary characterizations of profiling landscapes and of SHAPE-MaP signatures to identify target regions with multiple native conformations. These separate results will be validated in individual sequences by the combination of SHAPE-directed profiling, following experimental confirmation of the current prediction methodology. The second aim will demonstrate evolutionary support for these new motifs, first across the three test sequences and then the entire alphaviral family, through a new application of computational algebraic topology. Persistent homology and simplicial complexes will be used to analyze evolution across the different scales at which biological information is encoded in RNA viral genomes, ranging from genomic sequence to vertebrate host. This will be followed by chemical probing confirmation for three additional alphavirus sequences. This project will extend the frontiers of RNA folding by integrating new mathematical models and analyses based on combinatorics and algebraic topology with recent advances in the biochemistry of chemical footprinting for the purposes of identifying significant motifs with multimodal structure in lengthy RNA viral genomes. The results of this study, a set of novel secondary structure motifs in alphavirus genomes which are ideal candidates for further investigation as important functional elements, will be a key resource for RNA virologists. Furthermore, the proposed theoretical and algorithmic developments are generally applicable to all RNA viruses, and hence of significant utility and interest to the scientific community.
研究最深入的 RNA 分子结构,特别是 tRNA 和 rRNA,以单一主导构象存在。 然而,越来越多的小非编码 RNA 序列已知通过在多种稳定构型之间切换来发挥作用。预计这种多模态结构主题会打断整体 RNA病毒基因组(如基孔肯雅热)的低能结构,调节病毒生命周期。表征这些小重叠的稳定碱基对集,嵌入具有高结构多样性的长序列中,对于理解关键结构信号如何编码这些重要病原体的功能至关重要。 此次合作利用了先前结果的互补优势——从结构整体(分析)和下一代化学足迹(SHAPE-MaP)中挖掘竞争信号——以应对在三种甲病毒测试集中发现多模式基序的挑战基因组。第一个目标将通过开发分析景观和 SHAPE-MaP 签名的必要特征来实现,以识别具有多种天然构象的目标区域。在对当前预测方法进行实验确认后,这些单独的结果将通过结合 SHAPE 定向分析在单个序列中进行验证。第二个目标将展示对这些新主题的进化支持,首先跨越三个主题 通过计算代数拓扑的新应用,测试序列,然后测试整个甲病毒家族。持久同源性和单纯复合体将用于分析 RNA 病毒基因组中编码生物信息的不同尺度的进化,范围从基因组序列到脊椎动物宿主。随后将对另外三个甲病毒序列进行化学探测确认。 该项目将通过将基于组合学和代数拓扑的新数学模型和分析与化学足迹生物化学的最新进展相结合,扩展RNA折叠的前沿,以识别长RNA病毒基因组中具有多模态结构的重要基序。这项研究的结果是甲病毒基因组中的一组新颖的二级结构基序,它们是作为重要功能元件进行进一步研究的理想候选者,将成为 RNA 病毒学家的关键资源。此外, 所提出的理论和算法发展通常适用于所有 RNA 病毒,因此对科学界具有重要的实用性和兴趣。

项目成果

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