Improved RNA pseudoknots prediction and classification using a new topological invariant
基于两个拓扑不变量，提出了一种新的具有伪结的RNA二级结构的拓扑刻画。从RNA二级结构的经典弧表示出发，我们考虑了一个模型，它耦合了I）图的拓扑亏格和II）对应的本原图的交叉弧的数目。我们增加了一个长期的比例，这些拓扑不变量的RNA分子的标准自由能，从而获得一种新的自由能参数化，考虑到丰富的拓扑结构的RNA pseudoknots中观察到的RNA数据库。
2016-05-16 q-bio.BM
Crowding Promotes the Switch from Hairpin to Pseudoknot Conformation in Human Telomerase RNA
在核糖核蛋白人类端粒酶的保守RNA核心结构域中形成假结是其功能所必需的。体外实验表明，假结（PK）与扩展发夹（HP）结构处于平衡状态。我们使用粗粒度模型的分子模拟，该模型再现了PK和HP的实验熔解曲线的大部分显著特征，以表明拥挤增强了PK相对于HP在野生型和与先天性角化不良相关的突变体中的稳定性。在单分散悬浮液中，小的拥挤颗粒比大的拥挤颗粒更大程度地增加紧凑结构的稳定性。如果二元混合物中拥挤物的大小小于未折叠的RNA，则由于两种组分而导致的解链温度的增加是相加的。在一个比未折叠RNA大的拥挤物的三元混合物中，它模拟了E.在大肠杆菌中，稳定性的边际增加完全由最小组分决定。我们预测拥挤可以恢复突变体中的部分端粒酶活性，从而显著降低PK稳定性。
2011-08-08 cond-mat.soft q-bio.BM
Partitioning RNAs into pseudonotted and pseudoknot-free regions modeled as Dual Graphs
对偶图已被应用于RNA二级结构的建模。本文的目的是双重的：我们提出了新的图论性质的对偶图，以验证进一步的分析和分类的RNA使用这些拓扑表示，我们还提出了一个线性时间算法划分对偶图的拓扑组件称为{ \it块}，并确定每个块是否包含一个{ \it伪结}或没有。我们表明，一个块包含一个假结当且仅当该块有一个顶点的程度$3$或更多，这种特性使我们能够有效地分离较小的RNA片段，并将它们分类为pseudoknotted或pseudoknot-free区域，同时保持这些子结构的完整。尽管非拓扑技术检测和分类的伪结已被有效地应用，对偶图的结构特性提供了一个独特的视角，为进一步分析RNA。可以设想RNA设计的应用，因为具有完整假结的模块化构建块可以组合以形成新的构建体。\end{abstract}
2016-01-17 q-bio.BM q-bio.QM
Enumeration of RNA structures by Matrix Models
我们根据它们的属，即它们的伪结的拓扑特征，列举了RNA接触结构的数量。通过使用最近提出的矩阵模型制定的RNA折叠问题，我们得到了精确的结果，为简单的情况下，一个RNA分子具有无限灵活的骨干，其中任何任意一对碱基是允许的。我们分析的分布属的假结作为一个函数的核苷酸总数沿磷酸-糖骨架。
2004-10-31 cond-mat.soft q-bio.BM
Cotranscriptional kinetic folding of RNA secondary structures including pseudoknots
RNA结构的计算预测是计算结构生物学中的一个重要问题。RNA结构形成的研究通常假设该过程从完全合成的序列开始。然而，实验证据表明，RNA折叠与其延伸同时进行。我们研究RNA二级结构的形成，包括假结，考虑到共转录的影响。我们提出了一个单核苷酸分辨率的RNA分子的折叠过程的动力学模型，其中聚合酶驱动的延伸的RNA链的一个新的核苷酸被包括作为一个原始的操作，连同随机模拟方法，实现这种折叠同时与转录合成。数值案例研究表明，我们的共转录RNA折叠模型可以预测的构象，有利于在实际的生物系统的形成。因此，我们的新计算工具可以提供定量预测，并提供有用的见解RNA折叠的动力学。
2021-03-17 q-bio.BM
Prediction and statistics of pseudoknots in RNA structures using exactly clustered stochastic simulations
RNA二级结构的从头计算预测长期以来一直不考虑环内部的螺旋，即所谓的假结，尽管它们在结构上很重要。在这里，我们报告说，许多假结可以预测通过长时间尺度RNA折叠模拟，遵循随机关闭和开放的个人RNA螺旋。这些随机模拟的数值效果依赖于一个O（n^2）的聚类算法，该算法计算连续更新的n个参考结构的时间平均值。应用这种精确的随机聚类方法，我们通常可以获得高达400个碱基的RNA序列的5到100倍的模拟加速，而对于短的多稳定分子（<150个碱基），有效加速可以高达100，000倍。我们对随机和天然RNA序列进行了广泛的折叠统计，发现假结在RNA结构中不均匀分布，并且在富含G+C的RNA序列中占高达30%的碱基对（包括假结的在线RNA折叠动力学服务器：http://kinefold.u-strasbg.fr/）。
2003-09-29 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Methods for Analyzing RNA Pseudoknots via Chord Diagrams and Intersection Graphs
本文提出通过弦图和交集图结合距离度量$τ$的方法，用于系统分析RNA伪结结构，揭示其复杂度的量化特征。
2025-12-23 math.CO q-bio.BM q-bio.QM
Inverse Folding of RNA Pseudoknot Structures
Background: RNA exhibits a variety of structural configurations. Here we consider a structure to be tantamount to the noncrossing Watson-Crick and \pairGU -base pairings (secondary structure) and additional cross-serial base pairs. These interactions are called pseudoknots and are observed across the whole spectrum of RNA functionalities. In the context of studying natural RNA structures, searching for new ribozymes and designing artificial RNA, it is of interest to find RNA sequences folding into a specific structure and to analyze their induced neutral networks. Since the established inverse…
2010-03-10 math.CO physics.bio-ph q-bio.BM
Uniform generation of RNA pseudoknot structures with genus filtration
本文提出了一个固定拓扑亏格的RNA结构抽样框架。我们介绍了一种新的，线性时间，均匀采样算法的RNA结构的固定拓扑亏格$g$，任意$g>0$。此外，我们开发了一个线性时间采样算法的RNA结构的固定拓扑属$g$，加权的简化，基于循环的能量泛函。对于该过程，能量泛函的配分函数必须计算一次，其具有$O(n^2)$时间复杂度。
2013-04-27 cs.CE math.CO q-bio.BM
Asymptotic Enumeration of RNA Structures with Pseudoknots
本文给出了具有伪结的RNA结构的渐近计数。我们开发了一个通用的框架计算的指数增长率和次指数因子的$k$ -非交叉RNA结构。我们的结果是基于生成函数的$k$ -非交叉RNA假结结构，${\sf S}_k(n)$，在\cite{Reidys:07pseu}，其中$k-1$表示的最大尺寸的集合的相互交叉的债券。证明了生成函数$\sum_{n\ge 0}{\sf S}_k(n)z^n$的一个函数方程，并分别得到了$k=2$和$k=3$的解析延拓和奇异展开式.我们的结果隐含了对任意$k$奇异展开式的存在性，并通过解析组合学的传递定理得到了系数的渐近表达式。我们明确推导出2-和3-非交叉RNA结构的渐近表达式。我们的主要结果是公式${\sf S}_3(n) \sim \frac{10.4724\cdot 4!}{n(n-1)...(n-4)} (\frac{5+\sqrt{21}}{2})^n$的推导。
2007-06-21 math.CO q-bio.BM
Pseudoknot RNA Structures with Arc-Length $\ge 3$
在本文中，我们研究$k$ -非交叉RNA结构与弧长$\ge 3$，即RNA分子中，对于任何$i$，核苷酸标记$i$和$i+j$（$j=1,2$）不能形成一个键，其中有最多的$k-1$相互交叉的弧。让${\sf S}_{k,3}(n)$表示它们的编号。基于一个新的功能方程的生成函数$\sum_{n\ge 0}{\sf S}_{k,3}(n)z^n$，我们推导出任意$k\ge 3$指数增长因子和$k=3$的次指数因子。我们的主要结果是公式${\sf S}_{3,3}(n) \sim \frac{6.11170\cdot 4!}{n(n-1)...(n-4)} 4.54920^n$的推导。
2007-08-23 math.CO q-bio.BM
Monovalent ions modulate the flux through multiple folding pathways of an RNA pseudoknot
RNA假结（PKs）是核糖核酸（ribozyme）和核糖核蛋白（ribonucleoprotein）复合物的最小三级结构基序，其功能由其结构、稳定性和动力学决定。因此，重要的是要阐明其热力学/折叠机制的一般原则。在这里，我们结合实验和模拟来研究VPK假结的折叠/展开途径，VPK假结是参与核糖体移码的小鼠乳腺肿瘤病毒（MMTV）PK的变体。荧光核苷酸类似物（2-氨基嘌呤和pyrrolocytidine）放置在不同的茎/环的PK位置，激光温度跳跃的方法作为本地探针，使我们能够监测组装的顺序VPK与两个螺旋具有不同的内在稳定性。实验和分子模拟表明，在50 mM KCl的优势折叠途径人口只有更稳定的部分折叠的发夹。随着盐浓度的增加，平行折叠途径出现，涉及不太稳定的发夹结构作为替代中间体。值得注意的是，通道之间的通量由离子强度调制。这些发现支持了PK结构形成的顺序由发夹的相对稳定性决定的原理，发夹的相对稳定性可以通过序列变异或盐浓度来改变。我们的研究不仅明确地表明，PK折叠的平行途径，但也建立了定量描述的RNA自组装需要一个协同的实验和模拟相结合。
2017-10-18 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
$k$-noncrossing RNA structures with arc-length $\ge 3$
在本文中，我们列举了$k$ -非交叉RNA假结结构与给定的最小弧和堆栈长度。也就是说，我们研究了具有弧长$\ge 3$、堆叠长$\ge σ$以及其中至多存在$k-1$相互交叉键的RNA假结结构的数目，记为${\sf T}_{k,σ}^{[3]}(n)$。特别地，我们证明了具有弧长$\ge 3$和栈长$\ge 2$的3，4和5-非交叉RNA结构的个数分别满足${\sf T}_{3,2}^{[3]}(n)^{}\sim K_3 n^{-5} 2.5723^n$，${\sf T}^{[3]}_{4,2}(n)\sim K_4 n^{-{21/2}} 3.0306^n$和${\sf T}^{[3]}_{5,2}(n)\sim K_5 n^{-18} 3.4092^n$，其中$K_3,K_4,K_5$是常数.我们的结果是重要的预测算法的RNA伪结结构。
2007-12-04 q-bio.BM
The block spectrum of RNA pseudoknot structures
本文分析了$γ$ -结构中块的长度谱。$γ$ -结构是一类在多项式时间RNA折叠中起关键作用的RNA假结结构。通过嵌套和连接具有至多$γ$的拓扑亏格的特定建筑组件来构造$γ$结构。块是由嵌套诱导的偏序的最大交叉弧所包围的子结构。我们表明，在均匀生成的$γ$ -结构，有一个显着的差距，在这个长度谱，即，渐近地几乎肯定存在长度至少为$n-O(n^{1/2})$的唯一最长块，并且任何其它块具有有限长度的概率很高。对于固定的$γ$，我们证明了最长块的长度收敛于一个离散极限律，而给定长度的短块的分布在长序列的极限下趋于负二项分布.我们完善这种分析的长度谱块的特定pseudokoint类型，如H型和接吻发夹。我们的结果概括了第一和第三作者关于二级结构的彩虹光谱，并将其与长非编码RNA的结构预测结合起来。
2018-06-12 math.CO math.PR q-bio.BM
Topological classification of RNA structures
我们提出了一种新的拓扑分类的RNA二级结构与伪结。它基于与RNA碱基对结构相关的环形图的拓扑亏格。亏格是一个正整数，其值量化了折叠RNA结构的拓扑复杂性。在这样的表示中，平面图对应于纯RNA二级结构并且具有零属，而非平面图对应于假结结构并且具有更高的属。我们从数据库wwPDB和Pseudobase中分析了真实的RNA结构，并根据它们的拓扑属对其进行了分类。我们比较我们的统计调查与现有的理论和数值模型的结果。我们还讨论了这种分类的可能应用，并展示了它如何用于识别新的RNA结构基序。
2006-07-21 cond-mat.soft q-bio.BM q-bio.SC
Salt Effects on the Thermodynamics of a Frameshifting RNA Pseudoknot under Tension
由于-1程序性核糖体移码与假结（PK）RNA对力的响应之间的潜在联系，已经对PK进行了许多单分子牵拉实验以破译程序性核糖体移码的机制。部分受这些实验的启发，我们使用RNA的粗粒度模型进行模拟，以描述PK在一定范围的机械力（$f$ s）和单价盐浓度（$C$ s）下的响应。粗粒度模拟定量再现实验中观察到的多步热熔融，从而验证了我们的模型。在模拟中得到的自由能变化与实验非常吻合。通过改变$f$和$C$，我们计算了显示一系列结构转变的相图，填充不同的中间状态。当$f$和$C$发生变化时，茎环三级相互作用首先断裂，然后是$3^{\prime}$末端发夹（$\textrm{I}\rightleftharpoons\textrm{F}$）的解折叠。最后，$5^{\prime}$末端的发夹散开，产生一种延伸状态（$\textrm{E}\rightleftharpoons\textrm{I}$）.对相界的理论分析表明，断裂临界力的尺度为$\left(\log C_{\textrm{m}}\right)^α$ + $α=1\,(0.5)$ + $\textrm{E}\rightleftharpoons\textrm{I}$（$\textrm{I}\rightleftharpoons\textrm{F}$）相变。这种关系被用来获得优先离子-RNA相互作用系数，它可以在单分子实验中定量测量，如以前对DNA…
2016-06-21 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Endhered patterns in matchings and RNA
该研究聚焦匹配与含假结天然RNA中的端粘附模式，推导21、12等模式的组合分布性质，对比匹配与天然RNA中模式分布的差异，为RNA结构分析提供组合学依据。
2025-03-18 cs.DM math.CO q-bio.BM
ThreshKnot: Thresholded ProbKnot for Improved RNA Secondary Structure Prediction
RNA结构预测是一个具有挑战性的问题，特别是在伪结的情况下。最近，已经从经典的基于最小自由能的方法（MFE）转移到基于配分函数的方法，该方法使用碱基配对概率组装结构。后一组的两个例子是流行的最大预期精度（MEA）方法和ProbKnot方法。ProbKnot是一种快速的启发式算法，它可以将最有可能配对的核苷酸配对，并且与MEA不同，它还可以预测具有假结的结构。然而，ProbKnot的全部潜力在很大程度上被忽视了。特别是，当引入时，它没有可以在阳性预测值（PPV）和灵敏度之间平衡的MEA样超参数。我们表明，一个简单的阈值版本的ProbKnot，我们称之为ThreshKnot，导致更准确的整体预测，过滤掉不太可能的对，其概率低于给定的阈值。我们还表明，在三个广泛使用的折叠引擎（RNAstructure，Vienna RNAfold和Difold）上，ThreshKnot总是优于涉及更多的MEA算法，（1）其更高的结构预测精度，（2）其预测伪结的能力，（3）其更快的运行时间和更容易的实现。这表明ThreshKnot应该取代MEA作为默认的基于配分函数的结构预测算法。ThreshKnot已经在广泛使用的RNAstructure软件包版本6.2（2019年11月27日发布）中提供：https://rna.urmc.rochester.edu/RNAstructure.html
2020-01-09 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.QM
Combinatorics of RNA-RNA interaction
RNA-RNA结合是在许多类别的非编码RNA中观察到的重要现象，并且在许多调控过程中起着至关重要的作用。最近，已经提出了几种用于预测两个相互作用的RNA分子的联合结构的MFE折叠算法。在这里，接合结构意味着在图示中，每个配偶体的分子内键是无假结的，分子间结合对是非交叉的，并且没有所谓的"之字形“构型。本文介绍了RNA相互作用结构的组合学，包括它们的母函数，奇异性分析以及显式递推关系。特别是，我们的结果意味着简单的渐近公式的联合结构的数量。
2010-06-15 cond-mat.soft math.CO physics.bio-ph
Irreducibility in RNA structures
本文研究了RNA结构中的不可约化。RNA结构是指RNA二级结构和RNA假结结构。在我们的分析中，我们将对比随机和最小自由能（mfe）配置。我们计算各种分布：不可约子结构的数量、它们的位置和大小，根据相互交叉的弧的最大数量$k-1$和堆栈的最小大小$σ$来参数化。特别地，我们分析了随机和mfe结构的最大不可约子结构的大小，这是mfe构型折叠时间的关键因素。
2009-02-22 math.CO q-bio.BM q-bio.QM
Statistics of topological RNA structures
本文研究了RNA拓扑结构的性质，即~ RNA切触结构具有交叉串联相互作用，通过其拓扑属过滤。在这个框架内的RNA二级结构是具有亏格零的拓扑结构。我们推导出一个新的二元生成函数，其奇异扩展使我们能够分析弧，堆栈，发夹，内部和多循环的分布。然后，我们将此分析扩展到H型伪结，接吻发夹以及$3$结，并计算其各自的期望值。最后，我们讨论了我们的结果，并把它们与固定亏格的均匀抽样结构所获得的数据。
2016-06-22 math.CO q-bio.BM q-bio.QM
α-HMM: A Graphical Model for RNA Folding
University of Georgia（佐治亚大学）；North Oconee High School（北奥科尼高中）
提出α-HMM图模型，通过灵活限制随机过程中的事件影响关系，高效预测含假结的RNA二级结构。
2024-01-07 cs.LG q-bio.BM
A nucleotide-level coarse-grained model of RNA
我们提出了一个新的，核苷酸水平的RNA模型，oxRNA，基于最近开发的DNA的oxDNA模型的粗粒化方法。该模型旨在再现RNA的结构，机械和热力学性质，粗粒化水平旨在保留RNA杂交的相关物理和单链和双链RNA的结构。为了探索其优点和缺点，我们在一系列纳米技术和生物环境中测试该模型。探索的应用包括假结的折叠热力学，接吻环复合物的形成，六边形RNA纳米环的结构，以及发夹基序的解压缩。我们认为，该模型可用于有效的模拟系统的结构与数千个碱基对，并组装系统的数百个碱基对。实现该模型的源代码已发布供公众使用。
2014-03-17 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Rethinking Performance Measures of RNA Secondary Structure Problems
University of Freiburg（弗莱堡大学）
本文针对传统度量难以评估RNA复杂结构的问题，提出用Weisfeiler-Lehman图核作为替代评估指标，并通过RNA设计实验证明其能提供更公平准确的评价和有效指导。
2023-12-04 cs.LG q-bio.BM
Designing RNA Secondary Structures is Hard
一个RNA序列是一个单词在一个字母表上的四个元素$\{A,C,G,U\}$称为碱基。RNA序列折叠成二级结构，其中一些碱基彼此匹配，而另一些则保持不配对。无假结的二级结构可以表示为带有附加点的适当括号的表达式，其中成对的匹配括号表示配对的碱基，而点表示未配对的碱基。RNA算法中的两个基本问题是预测序列如何在某种能量模型内折叠以及设计将折叠成目标二级结构的碱基序列。自80年代以来，已知预测给定的RNA序列如何折叠成无假结的二级结构在立方时间内是可解的，并且根据Bringmann等人的最新结果，在真正的亚立方时间内是可解的（FOCS 2016）。与此形成鲜明对比的是，设计一个给定的RNA二级结构是否是一项容易处理的任务尚不清楚;这是Anne Condon提出的一个具有挑战性的开放性问题（ICALP 2003）。由于RNA二级结构在药物研究和生物化学等许多领域的重要性，目前有数十种专门用于RNA二级结构设计的方法学和软件库。因此，令人惊讶的是，生物信息学中这个中心问题的计算复杂性几十年来一直没有得到解决。在本文中，我们表明，在最简单的能量模型，这是沃森-克里克模型的二级结构的设计是NP-完全的，如果一个添加的形式的自然约束：索引$i$的序列必须由基地$b$标记。这个负结果表明，对于更现实的能量模型，同样的下限也成立。值得注意的是，这些额外的限制绝不是人为的：它们是由所有RNA设计软件提供…
2018-03-25 cs.DS math.CO q-bio.BM
Cold denaturation of RNA secondary structures with loop entropy and quenched disorder
利用约束退火方法研究了具有猝灭序列随机性的RNA二级结构的折叠。热力学相变诱导包括环结构的构象重量。除了预期的高温熔融外，还出现了冷熔融转变。我们的研究结果表明，实验发现的RNA冷变性，实际上是一个连续的相变猝灭的顺序无序触发。我们计算了热熔融和冷熔融的临界温度之间的有利和不利的碱基对的竞争能量的情况下，并提出了一个相图作为循环指数和温度的函数。
2018-10-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Interplay between single-stranded binding proteins on RNA secondary structure
RNA蛋白质相互作用控制细胞RNA的命运，并在基因调控中发挥重要作用。这种相互作用之间的相互依赖性允许在基因调控中实现逻辑功能。我们调查的背景下，RNA二级结构的统计物理学的RNA结合伙伴之间的相互作用，并定义了一个线性相关函数的两个合作伙伴之间的相互依赖性，其结合事件的测量。我们证明了这种线性相关函数的长程幂律行为的出现。这表明RNA二级结构驱动的结合位点之间的相互依赖性是组合转录后基因调控的一般机制。
2013-10-22 q-bio.BM
Advances in RNA secondary structure prediction and RNA modifications: Methods, data, and applications
本文综述RNA二级结构计算预测与RNA修饰识别方法、数据资源及二者相互作用，分析挑战与机遇，以促进新方法开发和治疗应用。
2025-01-07 q-bio.BM
Force-induced denaturation of RNA
我们定量描述了RNA分子的影响下施加在其两端的外力在一个典型的单分子实验。我们的计算采用了核苷酸之间的相互作用，通过使用实验确定的RNA二级结构的自由能规则和模型的外部单链区域的聚合物性质明确作为弹性自由连接的链。我们发现，尽管复杂的二级结构，力延伸曲线是典型的光滑准平衡。我们确定和表征两个序列/结构依赖的机制，除了序列独立的熵弹性的外部单链区域，是负责的平滑度。这些涉及到外力同时作用的不同结构元件之间的补偿，以及次优结构的贡献。我们估计有多少功能记录在非平衡状态下的力-延伸曲线，在那里的拉力比在分子的二级结构中的重排进行得更快，可以显示在原则上。我们的软件通过“RNA提取服务器”向公众提供。
2001-05-30 cond-mat.soft q-bio.BM
Asymptotic connectivity for the network of RNA secondary structures
给定一个RNA序列a，考虑网络G =（V; E），其中节点集V由a的所有二级结构组成，其边集E由连接两个碱基对距离为1的二级结构的所有边组成。定义网络连通度，或期望网络度，作为与G的顶点关联的边的平均数。利用代数组合方法，我们证明了长度为n的同聚序列的渐近连通性为0：473418？n.这就提出了一个问题，即RNA二级结构网络的其他网络特性是什么。Python、C和Mathematica的程序可在网站www.example.com RNAexpNumNbors上获得。
2015-08-16 q-bio.BM
Topological language for RNA
在本文中，我们介绍了一种新的，上下文无关文法，{ \it RNAFeatures $^*$ }，能够产生任何RNA结构，包括pseudokont结构（pk结构）。我们将pk结构表示为可定向胖图，这自然会导致通过其拓扑亏格进行过滤。在这个框架内，RNA二级结构对应于属零的pk结构。{ \it RNAFeatures $^*$ }作用于正式的、弧形标记的RNA二级结构，称为$λ$ -结构。$λ$ -结构与pk-结构以及一些附加信息一一对应。该信息由主链的特定重排组成，通过该重排可以使pk结构无交叉。{ \it RNAFeatures $^*$ }是二级结构语法的扩展，并通过标记符号和产生式规则进行了增强。本文讨论了如何利用RNA序列和结构的数据，利用{ \it RNAFeatures $^*$ }获得pk-结构的随机上下文无关文法。诱导语法有利于快速玻尔兹曼采样和统计分析。作为第一个应用程序，我们提出了一个$O(n log(n))$运行时算法，样本pk结构的基础上90 tRNA序列和结构的核酸数据库（NDB）。
2016-05-09 cs.FL q-bio.BM
Glass transition in secondary structures formed by random RNA sequences
RNA二级结构的形成是生物聚合物中普遍存在的序列结构问题的一个例子。最近的一个理论问题是随机RNA序列是否经历有限温度的玻璃化转变。我们肯定地回答这个问题，首先通过两个副本计算建立的高温相的微扰稳定性。随后，我们表明，这一阶段不能持续到零温度考虑由于罕见的区域的互补双折射充满活力的贡献。
2001-06-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Kirigami: large convolutional kernels improve deep learning-based RNA secondary structure prediction
Dana-Farber Cancer Institute（达纳-法伯癌症研究所）；University of Michigan（密歇根大学）
本文提出名为Kirigami的全卷积神经网络，利用11像素大卷积核提升RNA二级结构预测性能，在标准测试集上MCC显著超越现有方法，尤其在假结预测上提升58-400%。
2024-06-06 cs.AI q-bio.BM
RNA secondary structure formation: a solvable model of heteropolymer folding
在RNA二级结构的背景下研究了杂聚物结构形成的统计力学。设计的RNA序列偏向于一个特定的天然结构（发夹）被用来研究天然和熔融相的RNA之间的转变作为温度的函数。该转变是由从聚合物与天然结构的重叠获得的能量与形成随机接触的熵增益之间的竞争驱动的。提出了一种简化的类围棋模型并精确求解。预测的临界行为验证通过精确的数值枚举一个大的合奏类似设计的序列。
1999-03-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Quantitative DMS mapping for automated RNA secondary structure inference
几十年来，硫酸二甲酯（DMS）映射已经告知体外和体内RNA结构的手动建模。在这里，我们将DMS数据纳入自动二级结构推断使用伪能量框架开发的2'-OH酰化（SHAPE）映射。在具有晶体学模型的六个非编码RNA上，DMS引导的建模实现了9.5%和11.6%的总体假阴性和假发现率，与SHAPE引导的建模相当或更好;并且非参数自举提供了直接的置信度估计。整合DMS/SHAPE数据并包括CMCT反应性，可提供小的额外改进。这些结果建立DMS映射-一个已经常规的技术-作为无偏RNA结构建模的定量工具。
2012-07-05 q-bio.BM
RNA as a Permutation
RNA二级结构预测和分类是RNA生物学领域的两个重要问题。在这里，我们提出了一个新的置换为基础的方法来创建一个单一的类或类型的不同的二级结构的逻辑非不相交的集群。RNA二级结构数据的分类方法有很多种，但没有一种方法使用基于排列的方法，这种方法非常简单但功能强大。我们编写了一个小的JAVA程序来生成排列，将我们的算法应用于这些排列，并分析数据，创建不同的逻辑簇。我们相信这些簇可以用来解开RNA二级结构的谜团，并分析未知RNA的发育模式。
2014-03-20 q-bio.BM
CHSalign: A Web Server That Builds upon Junction-Explorer and RNAJAG for Pairwise Alignment of RNA Secondary Structures with Coaxial Helical Stacking
RNA连接是RNA分子的重要结构元件。当三个或更多的螺旋在三维空间中聚集在一起时，它们就形成了。最近的研究集中在注释和预测的同轴螺旋堆积（CHS）图案内的连接。在这里，我们利用这样的预测，开发一个有效的比对工具来处理RNA二级结构与CHS基序。具体来说，我们建立在我们的连接，资源管理器软件预测同轴堆叠和RNAJAG建模连接拓扑结构的树形图，将约束树匹配和动态规划算法到一个新的方法，称为CHSalign，对齐的二级结构的RNA分子含有CHS基序。因此，CHSalign旨在成为包含相似连接的RNA的有效比对工具。基于数千次比对的实验结果表明，CHSalign可以比其他RNA二级结构比对工具更准确地比对含有CHS基序的两个RNA二级结构。当比对具有相似CHS基序或螺旋排列模式的两个RNA二级结构时，CHSalign产生高分，否则产生低分。这种新方法已经在Web服务器中实现，该程序也可以在http://bioinformatics.njit.edu/CHSalign/上免费获得。
2016-09-05 cs.CE q-bio.BM
Small-world networks and RNA secondary structures
设Sn表示长度为n的所有RNA二级结构的网络，其中结构s、t之间存在无向边，使得t通过添加、移除或移位单个碱基对从s获得。利用上下文无关文法、生成函数和复分析，我们证明了其渐近平均度为O（n），渐近聚簇系数为O（1/n），由此得出：Sn，n = 1，2，3，…二级结构网络不是小世界。
2018-07-11 q-bio.BM
Expected degree for RNA secondary structure networks
考虑给定RNA序列的所有二级结构的网络，其中当相应结构的碱基对距离为1时，节点连接。网络的期望度是邻居的平均数，其中平均值可以相对于均匀概率或玻尔兹曼概率来计算。在这里，我们描述第一个算法，RNAexpNumNbors，它可以计算输入序列的预期邻居数或预期网络度。对于来自Rfam数据库的RNA序列，预期度显著小于CMFE结构，CMFE结构被定义为在与Rfam共有结构一致的所有结构上具有最小自由能。结构RNA（如嘌呤核糖开关）的预期程度似乎比随机RNA的预期程度小，但MFE结构的程度与预期程度之间的差异却比随机RNA的差异大。预期度似乎与RNA的标准结构多样性度量无关，例如位置熵、整体缺陷等。程序{ \tt RNAexpNumNbors}用C编写，在立方时间和二次空间中运行，可在http://bioinformatics.bc.edu/clotelab/RNAexpNumNbors上公开获得。
2014-11-01 q-bio.BM
Improving RNA secondary structure prediction via state inference with deep recurrent neural networks
本文提出基于深度双向LSTM的RNA状态推断方法，将状态预测转化为合成SHAPE数据并用于指导NNTM，在16S rRNA测试集上使二级结构预测准确率平均提升25个百分点。
2020-02-23 q-bio.BM
Large Deviations for Random Trees and the Branching of RNA Secondary Structures
给出了RNA二级结构组合模型平面树顶点度分布的显式速率函数大偏差原理。我们计算了基于最近邻自由能的典型度分布，并将我们的结果与两组大RNA二级结构中的分支构型进行了比较。我们发现基本一致的整体，与一些有趣的偏差，值得进一步研究。
2008-03-27 q-bio.BM q-bio.QM
Effects of RNA branching on the electrostatic stabilization of viruses
许多单链（ss）RNA病毒从衣壳蛋白亚基和核酸自组装以形成感染性病毒体。据信，带负电荷的RNA和带正电荷的病毒衣壳蛋白之间的静电相互作用驱动了包装，尽管越来越多的证据表明病毒RNA的序列也在包装中起作用。特别地，该序列将决定ssRNA在溶液中可能采用的二级结构。在这项工作中，我们使用平均场论来研究如何结合静电相互作用的RNA的二级结构影响组装的效率和组装的病毒粒子的稳定性。我们表明，RNA的二级结构可能会导致负渗透压，而线性聚合物在相同的条件下会导致正渗透压。这可能表明，分支结构使RNA更有效地包装和病毒粒子更稳定。
2016-08-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
An infinite class of unsaturated rooted trees corresponding to designable RNA secondary structures
RNA二级结构是可设计的，如果有一个RNA序列，可以达到其最大数量的碱基对，只有通过采用该结构。组合RNA设计问题是由Haleland等人在2016年提出的，目的是确定给定的RNA二级结构是否可设计。Haleland等人通过参考其相应的有根树来鉴定某些类别的可设计和不可设计的二级结构。我们引入了一个无限类的有根树含有不成对的核苷酸在最大的深度，并建设性地证明，其相应的二级结构是可设计的。这补充了以前的结果的组合RNA设计问题。
2020-05-08 cs.DS math.CO q-bio.BM
RNA secondary structure prediction from multi-aligned sequences
大多数功能性非编码RNA（ncRNA）的二级结构与其功能密切相关，并且在进化过程中是保守的。因此，保守的二级结构预测进化相关的序列是RNA生物信息学的一个重要任务，该方法是有用的，不仅进一步的ncRNA的功能分析，但也提高了二级结构预测的准确性，并发现新的功能RNA从基因组。在这篇综述中，我专注于共同的二级结构预测从一个给定的对齐的RNA序列，其中一个二级结构的长度是等于输入的比对预测。我系统地回顾和分类现有的工具和算法的问题，利用工具中采用的信息，并通过采用统一的观点，最大预期增益（MEG）估计。我相信，这种分类将使人们更深入地了解每种工具，并为用户提供有用的信息，以选择常用的二级结构预测工具。
2013-07-08 q-bio.BM q-bio.QM
A coarse-grained model with implicit salt for RNAs: predicting 3D structure, stability and salt effect
为了弥补RNA序列和三维结构之间的差距，人们提出了一些预测RNA三维结构的计算模型。然而，现有的模型很少考虑离开室温/体温和高盐（1 M NaCl）的条件，因此一般难以预测热力学和盐效应。在这项研究中，我们提出了一个粗粒度的模型与隐式盐RNA预测的三维结构，稳定性和盐效应。结合蒙特卡罗模拟退火算法和粗粒力场，该模型将46个测试RNA（小于或等于45 nt）从它们的序列折叠成它们的天然样结构，总的平均RMSD为3.5 μ m，总的最小RMSD为1.9 μ m。对于30个发夹结构的RNA，该模型也给出了稳定性和盐效应的可靠预测，与大量的实验数据相比，解链温度的平均偏差约为1.0 ℃。此外，该模型可以提供在给定的温度/盐条件下短RNA的可能的3D结构的集合。
2014-09-01 physics.bio-ph q-bio.BM
A growth model for RNA secondary structures
本文提出了一个RNA二级结构平面拱结构生长的层次模型，并证明其等价于树生长模型。这两种模型都可以解析求解，从而获得大分子的缩放函数，并通过高达6500个碱基的数值模拟来检查缩放的校正。这两个模型的等价性有助于理解更一般的树木生长过程。
2007-11-21 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Review of Machine-Learning Methods for RNA Secondary Structure Prediction
Northeastern University（东北大学）；Dalian Maritime University（大连海事大学）；Dalian University of Technology（大连理工大学）；China Medical University（中国医科大学）；Liaoning University（辽宁大学）；Stevens Institute of Technology（斯蒂文斯理工学院）
二级结构在决定非编码RNA的功能方面起着重要作用。因此，RNA二级结构的鉴定具有重要的研究价值。计算预测是预测RNA二级结构的主流方法。不幸的是，尽管在过去的40年中提出了新的方法，但计算预测方法的性能在过去十年中停滞不前。最近，随着RNA结构数据的可用性越来越高，基于机器学习技术的新方法，特别是深度学习，已经缓解了这个问题。本文综述了基于机器学习技术的RNA二级结构预测方法，并以表格形式总结了这一领域中最重要的方法。最后，对RNA二级结构预测领域目前存在的问题和未来的发展趋势进行了讨论。
2020-09-01 cs.LG q-bio.BM stat.ML
Frictional Effects on RNA Folding: Speed Limit and Kramers Turnover
我们研究了摩擦对人端粒酶发夹（hTR HP）和甜菜西部黄色病毒（BWYV PK）的H型假结的折叠速率的影响，使用模拟的三个相互作用位点（TIS）模型的RNA。从TIS模型模拟，使用温度副本交换模拟计算的热容量，再现几乎定量的可用实验数据的hTR HP。BWYV PK的相应结果用作预测。我们计算了折叠率（$k_\mathrm{F}$）从100多个折叠轨迹的每个值的溶剂粘度（$η$），固定盐浓度为200 mM。通过使用理论估计（$\propto$ $\sqrt{N}$，其中$N$是核苷酸的数目）用于折叠自由能垒，两种RNA的$k_\mathrm{F}$数据使用一维Kramers理论定量拟合，其中两个参数指定未折叠盆地和屏障顶部中的曲率。在高摩擦机制（$η\gtrsim10^{-5}\,\textrm{Pa\ensuremath{\cdot}s}$）中，对于HP和PK，$k_\mathrm{F}$随$1/η$降低，而在低摩擦机制中，$k_\mathrm{F}$值随$η$增加而增加，导致在中等粘度（$\sim10^{-6}\,\textrm{Pa\ensuremath{\cdot}s}$）下的最大折叠速率，这是Kramers周转。拟合结果表明，水粘度下RNA折叠的速度极限在1 ~ 4 $\mathrm{μs}$之间，这与我们以前的理论预测以及几个单分子实验的结果一致.两种RNA构建体通过平…
2018-09-14 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
RNA secondary structures having a compatible sequence of certain nucleotide ratios
给定随机RNA二级结构$S$，我们研究具有与$S$相容的固定核苷酸比率的RNA序列。我们进行这种分析的RNA二级结构受到各种碱基配对规则和最小弧和堆栈长度的限制。我们的主要结果是：在核苷酸比的单形中存在一个凸区域，在长序列的极限下，凸区域中存在一个随机结构a.a.s.~具有与这些比率相容的序列，并且在其之外a.a.s.~随机结构没有这样的兼容序列。我们本地化这个区域的RNA二级结构受到各种碱基配对规则和最小弧和堆栈长度的限制。特别地，对于具有小于$1/3$的{\bf G}核苷酸比率的{\bf GC}-序列，没有任何最小弧和堆叠长度限制的随机RNA二级结构具有a.a.s.~没有这样的兼容序列。对于具有大于$1/3$的{ \bf G}核苷酸比率的序列，随机RNA二级结构具有a.a.s.这样的兼容序列。我们讨论我们的结果的背景下，各种家庭的RNA结构。
2016-03-11 math.CO q-bio.BM q-bio.QM
Glassy transition in a disordered model for the RNA secondary structure
我们数值研究了RNA二级结构的无序模型，我们发现它经历了一个相变，在低温区域（如自旋玻璃）的副本对称性的破坏。我们的结果是基于精确的评估的配分函数。
2000-12-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Scalable Deep Learning for RNA Secondary Structure Prediction
University of Freiburg（弗莱堡大学）
本研究提出采用轴向注意力与隐空间循环机制的轻量化深度学习模型RNAformer，通过直接在隐空间建模邻接矩阵并扩模，在TS0基准上达SOTA且优于用外部信息的方法，还能学习RNA折叠的生物物理模型。
2023-07-14 cs.LG q-bio.BM
RNA folding kinetics using Monte Carlo and Gillespie algorithms?
RNA二级结构折叠动力学对于某些过程的生物学功能是重要的，例如大肠杆菌中的hok/sok系统。杆菌虽然线性代数提供了一个精确的计算解决方案的二级结构折叠动力学相对于特纳能量模型的微小（~ 20 nt）的RNA序列，折叠动力学的较大的序列，只能近似通过分箱结构到宏观状态的粗粒度模型，或通过重复模拟二级结构折叠的蒙特卡洛算法或吉莱斯皮算法。在这里，我们调查的Monte Carlo算法和Gillespie算法之间的关系。我们证明了，渐近地，期望的时间为一个K步轨迹的Monte Carlo算法是等于<N>倍的Gillespie算法，其中<N>表示玻尔兹曼期望网络度。如果网络是规则的（即每个节点都有相同的度），那么由蒙特卡罗算法计算的平均首次通过时间（MFPT）等于由吉莱斯皮算法计算的MFPT乘以<N>;然而，这对于非规则网络是不正确的。特别地，RNA二级结构折叠动力学，如通过Monte Carlo算法计算的，不等于折叠动力学，如通过Gillespie算法计算的，尽管平均第一次通过时间大致相关。根据Monte Carlo和Gille spie算法的RNA二级结构折叠的模拟软件是公开可得的，正如我们计算给定RNA序列的二级结构的网络的预期程度的软件（参见http://bioinformatics.bc.edu/clote/ RNAexpNumNbors.
2017-07-12 q-bio.BM
Comprehensive benchmarking of large language models for RNA secondary structure prediction
Research Institute for Signals, Systems and Computational Intelligence（信号、系统与计算智能研究所）
本研究在统一深度学习框架下对多种预训练RNA-LLM进行综合基准测试，发现两个模型在RNA二级结构预测任务中表现更优，并揭示了低同源场景下泛化的重大挑战。
2025-01-31 cs.AI cs.LG q-bio.BM
A QUBO model of the RNA folding problem optimized by variational hybrid quantum annealing
针对RNA二级结构预测的NP难问题，提出适用于量子退火机和电路模型量子计算机的物理驱动QUBO模型，通过变分混合量子退火调参后，性能优于现有同类模型。
2022-08-08 q-bio.BM quant-ph
