TT2NE: A novel algorithm to predict RNA secondary structures with pseudoknots
我们提出了TT2NE，一个新的算法来预测RNA二级结构的伪结。该方法是基于RNA结构的分类，根据其拓扑属。TT2NE保证找到最小自由能结构，而与伪结拓扑无关。这种独特的熟练程度是以可以处理的最大序列长度为代价获得的，但与最先进的算法相比，TT2NE在其限制范围内是一个非常强大的工具。对TT2NE错误预测的分析揭示了研究空间约束如何限制由给定序列形成的假结结构范围的必要性。公共服务器上的TT2NE实现可以在http://ipht.cea.fr/rna/tt2ne.php上找到。
2010-10-21 cond-mat.soft q-bio.BM
Predicting 3D structure and stability of RNA pseudoknots in monovalent and divalent ion solutions
RNA假结是一类最小的RNA三级结构模体，其三维结构和稳定性对多种生物学功能起着至关重要的作用。因此，预测RNA假结的三维结构和稳定性对于理解其功能至关重要。在这项工作中，我们采用我们以前开发的隐式盐的粗粒度模型，对一价/二价离子溶液中RNA伪结的3D结构和稳定性进行了广泛的预测和全面的分析。与现有实验数据的比较表明，我们的模型可以成功地预测的3D结构的RNA伪结从他们的序列，也可以作出可靠的预测的稳定性的RNA伪结的长度和序列在很宽的范围内的单价/二价离子浓度。此外，我们对各种RNA假结在离子溶液中的解折叠途径进行了全面的分析。我们的分析广泛的pseudokonts和广泛的一价/二价离子浓度验证了RNA pseudokonts的解折叠途径主要取决于未折叠的中间状态的相对稳定性，并表明RNA pseudokonts的解折叠途径可以显着调制其序列和溶液离子条件。
2019-05-19 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
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
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
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
McGenus: A Monte Carlo algorithm to predict RNA secondary structures with pseudoknots
我们提出了McGenus，一个算法来预测RNA二级结构的伪结。该方法是基于RNA结构的分类，根据其拓扑属。McGenus可以处理多达1000个碱基的序列，并对它们的最小自由能结构进行高级随机搜索，允许非平凡的伪结拓扑。具体而言，McGenus采用了多马尔可夫链计划，用于最小化一般评分函数，其中不仅包括自由能对堆叠的贡献，循环罚款等，但也是一个现象学的惩罚的属的配对图。随机搜索策略的良好性能针对TT2NE被成功地验证，TT2NE使用相同的自由能参数化并执行穷举或部分穷举结构搜索，尽管对于短得多的序列（高达200个碱基）。接下来，将该方法应用于其他RNA集，包括广泛的tmRNA数据库，产生与现有算法竞争的结果。最后，它表明，McGenus强调可能的限制，在自由能评分功能。该算法可在http://ipht.cea.fr/rna/mcgenus.php作为网络服务器获得。
2013-02-14 cond-mat.soft 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
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
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
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
The Topology of Pseudoknotted Homopolymers
我们考虑折叠的自避免均聚物的晶格上，饱和氢键相互作用。我们的目标是数值评估的统计分布的拓扑亏格的pseudokknotted配置。该属最近被提出用于在RNA折叠的背景下对伪结（及其拓扑复杂性）进行分类。我们比较我们的研究结果的伪结属的分布，与现有的组合模型的理论预测的无限灵活和可拉伸的均聚物。因此，我们得到的空间和几何约束，大大限制了拓扑结构的复杂性pseudoknotted配置，因为它发生在例如在真正的RNA分子。我们还分析了在大的均聚物长度的标度特性，以及在溶胀相和致密球相之间的临界温度以上和以下的属分布，无论是在二维还是三维。
2005-08-30 cond-mat.soft 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
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
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
Thermodynamics of a model for RNA folding
本文分析了G. Vernizzi，H. Orland，A. Zee（在{ \it Phys. Rev. Lett.} { \bf 94}（2005）168103）。该模型由一个单一的味道的基础分子链与灵活的骨干和所有可能的配对相互作用同样允许。通过在每个链位点引入$N \times N$厄米特随机矩阵模型，并将这些模型的费曼图与分子的空间构型相关联，可以有效地研究模型的空间假结结构.我们得到了系统配分函数的拓扑展开式的精确表达式。我们计算了自由能、比热、纠缠和化学势的精确和渐近表达式，并研究了它们随温度的变化。我们的结果与$1/N$作为溶液中$\rm{Mg}^{++}$浓度的量度的解释一致。
2008-12-01 q-bio.BM
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
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
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
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
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
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
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
Entropic stabilization of the folded states of RNA due to macromolecular crowding
我们回顾了大分子拥挤对RNA折叠的影响，考虑最简单的情况下，排除拥挤颗粒和RNA之间的相互作用占主导地位。以人类端粒酶为例，我们讨论了拥挤如何改变同一RNA分子的假结和发夹状态之间的平衡-这是拥挤-RNA相互作用的一个关键方面。我们总结的数据表明，拥挤效应是显着的，只有当球形拥挤颗粒的大小小于在拥挤颗粒的情况下的RNA的回转半径。野生型和突变体的人端粒酶的功能的含义概述通过使用酶活性和其构象平衡之间的关系。此外，我们讨论了大分子拥挤和离子强度的RNA缓冲液之间的相互作用。最后，我们简要回顾了最近的实验，说明排除体积之间的连接，由于大分子拥挤和RNA折叠的热力学。
2013-04-15 cond-mat.soft physics.bio-ph 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 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
A Coarse-Grained Model for Predicting RNA Folding Thermodynamics
我们提出了一个稳健的粗粒度模型来模拟RNA在单价盐溶液中的折叠。该模型包括堆叠，氢键和静电相互作用的基本组件在描述RNA结构的稳定性。堆叠相互作用的参数化使用一组核苷酸特异性参数，这是校准对单碱基堆叠和碱基对堆叠的热力学测量。假设所有氢键都具有相同的强度，无论它们在RNA结构中的背景如何。离子缓冲器是隐含地建模，使用的概念和Debye-Hückel凝聚理论。模型中的三个可调参数通过拟合两个RNA发夹和一个假结的实验数据来确定。一组参数提供了很好的协议与热力学数据的三个RNA分子在很宽的温度和盐浓度范围内。在校准模型的过程中，我们建立了单链RNA骨架上的互补缩合程度。减少的主链电荷与离子强度无关，并且在37摄氏度下为RNA裸电荷的60%。我们的模型可以用来预测任何RNA分子在单价离子存在下的折叠热力学。
2013-04-15 cond-mat.soft 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
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
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
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
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
Using Simulations and kinetic network models to reveal the dynamics and functions of Riboswitches
核糖开关是存在于非翻译区的RNA元件，通过与靶代谢物特异性结合来调节基因表达。代谢物与保守适体结构域的结合变构地改变下游表达平台中的构象。基因表达的命运由下游RNA序列的变化决定。由于核糖开关的代谢产物依赖的共转录折叠和去折叠动力学是基因表达的关键决定因素，因此研究核糖开关在代谢产物存在和不存在的情况下的热力学和动力学是非常重要的。单分子力实验从核糖开关的机械响应、理论和计算研究中揭示了核糖开关的自由能景观，揭示了不同类型核糖开关的折叠动力学的不同机制。在这里，我们首先讨论核糖开关周围的水的动力学，强调水动力学可以增强核酸结构的波动。为了超越自然状态的波动，我们使用自组织聚合物（SOP）模型来预测机械力下的腺嘌呤核糖开关的动力学。除了定量预测的折叠景观添加核糖开关，我们的模拟还解释了pbuE腺嘌呤和添加腺嘌呤核糖开关之间的动力学差异。为了探测功能{ \it in vivo}，我们使用折叠景观，提出了一个系统水平的动力学网络模型，以定量预测基因表达是如何调节核糖开关，动力学控制下。
2014-10-02 cond-mat.soft physics.bio-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
