Discovery of structural RNAs involved in human health and disease
发现与人类健康和疾病有关的结构RNA
基本信息
- 批准号:10704745
- 负责人:
- 金额:$ 34.86万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-09-15 至 2026-07-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalAdoptedAlgorithmsAmino Acid SequenceAttentionBacteriaBase PairingBioinformaticsBiologicalBiological ProcessBiologyCell ExtractsCell physiologyCellsCharacteristicsChromatographyComplexComputing MethodologiesCoupledDetectionDiseaseEnzymesEscherichia coliEvolutionExhibitsGenetic EpistasisGenetic TranscriptionGenomeGenomicsHealthHumanHuman BiologyHuman GenomeKnowledgeLeftLifeMALAT1 geneMachine LearningMarkov ChainsMediatingMethodologyMethodsMicroRNAsMutationNamesPeptidesPhylogenetic AnalysisPhylogenyPlayPositioning AttributePrimatesProteinsPublicationsPublishingRNARNA SplicingRecording of previous eventsReporter GenesResearchRibosomal RNARoleSaccharomyces cerevisiaeSequence AlignmentSignal TransductionSmall Nucleolar RNAStructureSystemTechnologyTelomeraseTestingTranscriptTranslationsTriplet Multiple BirthUntranslated RNAUntranslated RegionsVariantVertebratesVirusWorkcausal variantcomputerized toolsdeep learningexpectationfungusgenome wide screengenome-wideimprovedinsightlearning strategymammalian genomemodel organismnext generationnovelpreservationprogramsprotein structure predictiontargeted treatmenttherapeutic developmentthree dimensional structuretoolvertebrate genomevirtual
项目摘要
Many fundamental cellular functions depend on a variety of RNA structures conserved through evolution, and
other functional RNA structures are expected to be discovered. A signature of a conserved RNA structure is
found in alignments where paired positions display correlated substitutions (covariation) that preserve the base
pair. This evolutionary signal can be used both to predict RNA structure and to identify new conserved RNAs.
Recent publications and preliminary results have made three important advances: A statistical covariation
test that identifies significant covariation over background covariation due to phylogeny. This test, implemented
in a method called R-scape (RNA Structural Covariation Above Phylogenetic Expectation), provides information
and control over the rate of false positive predictions. A power of covariation calculation, recently published,
that identifies “negative” pairs with power (variation) but insignificant covariation, unlikely to form RNA base pairs.
A new cascading folding algorithm, named CaCoFold (Cascade covariation/variation Constrained Folding)
also recently published, that combines all positive and negative evolutionary information into complex structures
including all types of pseudoknots and triplets. In human, the efficacy of these advances has been tested by ac-
curately predicting the structures of the human non-coding RNAs MALAT1 and telomerase RNA, and by inferring
that the non-coding RNAs HOTAIR and XIST do not have a conserved structure.
These three advances give us a competitive advantage to perform unbiased genome-wide screens for con-
served structural RNAs in vertebrates with accurate 3D structure prediction. Previous vertebrate screens
for structural RNAs have been hindered by thousand of false positive predictions. In contrast, our new covariation
statistical test allows for controlling the rate of false positives. R-scape has already been used to find struc-
tural RNAs in bacteria and viruses. Our recent eukaryotic pilot screen in fungi has identified 17 novel structural
RNAs. We hypothesize that many structural RNAs with implications for human health and disease are still to be
discovered, and that we now have the tools to find and characterize these RNAs.
This proposal has three specific aims that will advance the study of structural RNA biology, and the discov-
ery of novel biological mechanisms involving RNA structures. The first aim proposes systematic genome-wide
searches to find novel conserved vertebrate RNA structures in human. The second aim proposes to combine
revolutionary 3D structure prediction methods in machine learning with the signals used by CaCoFold into a
state of the art RNA folding method for the accurate prediction of 3D RNA structures. The third aim introduces a
method to identify RNA structures in ultra conserved vertebrate UTRs where there is no covariation signal,
and our current method lacks power. We expect our work will unveil primate-specific novel regulatory mecha-
nisms. Novel human RNA structures found to have causal variants associated with disease will be prioritized for
experimental verification.
许多基本的细胞功能依赖于进化过程中保守的各种 RNA 结构,并且
其他功能性 RNA 结构有望被发现。
在配对位置显示保留碱基的相关替换(共变)的比对中发现
该进化信号可用于预测 RNA 结构和识别新的保守 RNA。
最近的出版物和初步结果取得了三项重要进展: 统计协变
识别由于系统发育而导致的背景协变的显着共变的测试。
在一种称为 R-scape(RNA 结构协变高于系统发育期望)的方法中,提供了信息
以及对误报预测率的控制,最近发表的协变计算的力量,
识别具有功率(变异)但不显着的共变的“负”对,不太可能形成 RNA 碱基对。
一种新的级联折叠算法,命名为CaCoFold(Cascade covariation/variation Constrained Folding)
最近也发表了,它将所有积极和消极的进化信息结合成复杂的结构
包括所有类型的假结和三联体,这些进步的功效已经在人类中得到了检验。
准确预测人类非编码 RNA MALAT1 和端粒酶 RNA 的结构,并通过推断
非编码 RNA HOTAIR 和 XIST 不具有保守结构。
这三项进步为我们提供了竞争优势,可以进行无偏见的全基因组筛选
为脊椎动物提供结构 RNA,并进行准确的 3D 结构预测。
相比之下,我们的新协变受到了数千个假阳性预测的阻碍。
统计测试可以控制误报率,R-scape 已被用于寻找结构。
我们最近在真菌中进行的真核试验筛选发现了 17 种新的结构。
我们探索了许多对人类健康和疾病具有影响的结构 RNA。
发现了,并且我们现在拥有寻找和表征这些 RNA 的工具。
该提案具有三个具体目标,将推进结构 RNA 生物学的研究,并发现
涉及RNA结构的一系列新颖的生物机制的第一个目标是提出系统性的全基因组。
第二个目标是寻找人类中新的保守脊椎动物 RNA 结构。
机器学习中革命性的 3D 结构预测方法,将 CaCoFold 使用的信号转化为
用于准确预测 3D RNA 结构的最先进的 RNA 折叠方法第三个目标介绍了一种方法。
鉴定没有共变信号的超保守脊椎动物 UTR 中 RNA 结构的方法,
我们目前的方法缺乏效力,我们预计我们的工作将揭示灵长类动物特异性的新型调控机制。
发现具有与疾病相关的因果变异的新型人类 RNA 结构将被优先考虑。
实验验证。
项目成果
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