Genus Comparisons in the Topological Analysis of RNA Structures
本文回顾了基于矩阵场论的RNA结构拓扑分类方法及软件McGenus，比较其预测与实验结构，并探讨拓扑的生物学意义，倡导跨学科研究。
2023-05-11 q-bio.BM
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
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
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
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 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
Asymptotics of Canonical and Saturated RNA Secondary Structures
RNA二级结构的渐近数为$1.104366 n^{-3/2} 2.618034^n$是Stein和Waterman的经典结果。本文研究了RNA二级结构的两个特殊子类--规范结构和饱和结构的组合渐近性。经典二级结构是由Bompfünewerer等人引入的，他指出，当将计算限制在规范结构时，维也纳RNA包的运行时间大大减少。在这里，我们提供了一个解释的速度。饱和二级结构具有这样的性质，即在不违反二级结构定义的情况下不能添加碱基对（即引入伪结或碱基三重组）。在这里，我们计算饱和结构的渐近数，我们表明，渐近期望的碱基对数是$0.337361 n$，饱和茎环结构的渐近数是$0.323954 1.69562^n$，在对比的数量$2^{n-2}$（任意）茎环结构经典计算的Stein和Waterman。最后，我们证明了[所有的响应]的态密度。典型响应饱和的]二级结构是渐近高斯。我们引入了一种随机贪婪的方法来采样随机饱和结构，称之为准随机饱和结构，并证明了期望的碱基对数是$0.340633 n$。
2009-08-27 q-bio.BM q-bio.QM
A nucleobase-centered coarse-grained representation for structure prediction of RNA motifs
我们介绍了SPQR模型，这是一种用于结构预测和细化的粗粒度RNA表示。在我们的方法中，核苷酸的表示由磷酸基团的点粒子和核苷的各向异性粒子组成。原则上，相互作用是由ESCORE函数（一种以基础为中心的评分函数）激发的基于知识的潜力。然而，一个特殊的治疗是给予碱基配对的相互作用和某些几何构象，这是失去了在一个原始的知识库模型。这导致能够描述平面规范和非规范碱基对和碱基-磷酸相互作用的表示，并区分糖起皱和糖苷扭转构象。该模型适用于折叠的几种结构，包括双链体与内部循环的非典型碱基对，tetraloops，路口和一个pseudokont。对于这些系统中的大多数，实验结构正确地预测在个人接触的水平。我们还提出了一种方法，有效地重新引入原子细节的粗粒度表示。
2017-12-06 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
gRNAde: Geometric Deep Learning for 3D RNA inverse design
University of Cambridge（剑桥大学）；Prescient Design, Genentech, Roche（罗氏基因泰克Prescient Design部门）；EPFL（洛桑联邦理工学院）；University of Missouri（密苏里大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）
gRNAde利用多状态图神经网络和自回归解码，在3D RNA骨架上进行逆向设计，显著提升天然序列恢复率（56% vs 45%）和假结设计成功率（50% vs 35%）。
2025-02-25 cs.LG q-bio.BM q-bio.QM
Minimum length RNA folding trajectories
用于RNA折叠动力学的Kinfold和KFOLD程序实现Gillespie算法以生成从初始结构s到目标结构t的随机折叠轨迹，其中每个中间二级结构通过添加、去除或移位单个碱基对从其前身获得。将二级结构s和t之间的MS 2距离定义为将s重折叠到t的最小路径长度，其中在每个步骤中应用从MS 2的移动。我们描述的算法来计算任何两个给定的RNA二级结构之间的最短MS 2折叠轨迹。这些算法包括最优整数规划（IP）算法、精确且高效的近优算法、贪心算法、分支定界算法以及如果允许中间结构包含伪节点则为最优算法。我们的最佳IP [resp.近似最优IP]算法最大化[resp.最大化移动的数量，最小化移动的数量。通过应用整数规划来（本质上）解决RNA冲突有向图的最小反馈顶点集（FVS）问题，近似地最小化碱基对添加和移除的数量，然后应用拓扑排序将子轨迹拴系成最终的最优折叠轨迹。我们证明了NP-困难的问题，以确定所有可能的MS 2折叠途径的最小势垒能，并推测计算任意二级结构之间的MS 2距离是NP-困难的。由于我们的最佳IP算法依赖于FVS，已知是NP-完全的任意有向图，我们比较了家庭的RNA冲突有向图与以下类别的有向图（平面，可约流图，欧拉，比赛）FVS是已知的多项式时间可计算或NP-难。源代码可在http://bioinformatics.bc.edu/clotelab/MS2distance/获得。
2018-02-18 cs.DS q-bio.BM
Machine Learning for RNA Secondary Structure Prediction: a review of current methods and challenges
Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, SISSA（意大利高等师范学院）
本文综述了RNA二级结构预测中当前方法和挑战，重点讨论了机器学习和深度学习在该领域的应用，以及数据稀缺性带来的泛化危机，同时展望了未来需要解决的难题，如复杂结构的预测和动态结构的建模。
2026-05-18 physics.bio-ph physics.comp-ph q-bio.BM
An efficient algorithm to compute the minimum free energy of interacting nucleic acid strands
本研究针对无伪结多核酸链最小自由能（MFE）计算的开放问题，提出首个O(N^4)多项式时间算法，通过对称对称界和回溯算法解决旋转对称难题，与已有配分函数算法渐近时间一致。
2024-07-12 cs.CC cs.DM cs.DS
