A Comparative Review of RNA Language Models
Institute of Systems and Physical Biology, Shenzhen Bay Laboratory（深圳湾实验室系统与物理生物学研究所）；School of Electronic and Computer Engineering, Peking University（北京大学电子与计算机工程学院）；Ribopeutic Inc（Ribopeutic公司）
本文将13个RNA语言模型分为三类，并在RNA二级结构与功能分类零样本任务中同DNA和蛋白质模型对照比较，揭示两类任务性能失衡，呼吁更均衡的无监督训练。
2025-05-14 cs.LG q-bio.BM
BAnG: Bidirectional Anchored Generation for Conditional RNA Design
Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, LJK（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、国家科学研究中心、格勒诺布尔INP、LJK）；Center for Computational Mathematics, Flatiron Institute（计算数学中心、Flatiron研究所）
本文提出BAnG方法，通过双向锚定生成技术实现无需先验知识的条件RNA序列设计，解决了传统方法依赖已知序列和结构的限制。
2025-06-23 cs.AI cs.LG q-bio.BM
The role of packaging sites in efficient and specific virus assembly
在许多单链RNA病毒（包括许多人类病原体）的生命周期中，一种称为衣壳的蛋白质外壳自发地组装在病毒基因组周围。了解衣壳蛋白在不同宿主RNA中选择性地围绕病毒RNA组装的机制是病毒学中的一个关键问题。在一种提出的机制中，基因组RNA内的序列元件（包装位点）通过与衣壳蛋白的特异性相互作用促进快速有效的组装。在这项工作中，我们开发了一个粗粒度的粒子为基础的计算模型的衣壳蛋白和RNA，代表蛋白质-RNA相互作用所产生的非特异性静电和特定的包装网站的相互作用。使用布朗动力学模拟，我们探讨了组装的效率和特异性如何取决于溶液条件（控制蛋白质-蛋白质和非特异性蛋白质-RNA相互作用）以及包装位点的强度和数量。我们确定不同的区域在参数空间中，包装网站导致高度特异性的组装通过不同的机制，和其他包装网站导致动力学陷阱。我们将这些计算预测与特异性的体外测定相关，其中同源病毒RNA与非同源RNA竞争衣壳蛋白组装。
2015-02-17 cond-mat.soft q-bio.BM
ProtScan: Modeling and Prediction of RNA-Protein Interactions
本文提出基于共识核化 SGD 回归的预测工具 ProtScan，用于对 CLIP-seq 数据进行去噪和泛化，在全转录组尺度上建模 RNA-蛋白质相互作用，并优于现有最先进方法。
2024-12-30 q-bio.BM
3D RNA and functional interactions from evolutionary couplings
非编码RNA无处不在，但新RNA基因序列的发现远远超过了对其结构和功能相互作用的研究。我们挖掘进化序列记录，以获得有关RNA和RNA-蛋白质复合物的功能和结构的精确信息。在蛋白质结构预测中，我们使用序列共变异的最大熵全局概率模型来推断RNA分子内进化约束的核苷酸-核苷酸相互作用，以及RNA-蛋白质复合物中的核苷酸-氨基酸相互作用。预测的接触允许以良好的精度对几种已知的RNA结构和RNA-蛋白质复合物进行全原子盲的3D结构预测。对于未知的结构，我们预测在160个非编码RNA家族的接触。除了3D结构预测，进化耦合有助于识别重要的功能相互作用，例如，在核糖开关的开关点和HIV的复杂成核位点。在加速序列积累的帮助下，进化偶联分析可以加速发现涉及RNA的功能相互作用和3D结构。
2016-04-21 q-bio.BM
ProNet DB: A proteome-wise database for protein surface property representations and RNA-binding profiles
ProNet DB是首个整合16种模式生物超32万个蛋白质结构的表面性质表征与RNA结合谱的综合性数据库，并集成3D可视化工具，为分子机制研究和药物发现提供即时可用的预计算特征。
2023-08-07 q-bio.BM q-bio.MN q-bio.QM
Compact Artificial Neural Network Models for Predicting Protein Residue -- RNA Base Binding
University of Bedfordshire（贝福德郡大学）
针对大型ANN模型训练资源需求高且生命科学数据有限的问题，研究通过实验浅层前馈ANN模型（含两个隐藏层及特定非线性函数），结合滑动窗口和模型集成等技术，证明小型模型可在蛋白质-RNA结合预测中达到可接受精度。
2025-11-11 cs.LG q-bio.BM
Virtual Screening of Plant Metabolites against Main protease, RNA-dependent RNA polymerase and Spike protein of SARS-CoV-2: Therapeutics option of COVID-19
COVID-19是由SARS-CoV-2引起的严重呼吸系统并发症，已成为人类医疗保健系统的全球威胁之一。本研究通过药物再利用的方法，采用分子对接技术，对植物源性117种药物进行了药物表面分析，并对药物表面结构进行了初步研究。分子相互作用研究表明，利福平（-16.3 kcal/mol）是MPP的最高抑制剂，其中偶氮苯甲酮被发现是最有效的植物治疗剂，用于阻断SARS-CoV-2的RdRp（-15.9 kcal /mol）和S（-14.4 kcal/mol）蛋白。通过对所有对接结果的比较分析，发现偶氮苯查尔酮、利福平、异甘草酮、粉防己碱和防己诺林碱是最有潜力的针对SARS冠状病毒关键蛋白的抑制性植物化合物。然而，氨基酸位置; MPP的H41、C145和M165对药物表面相互作用起关键作用，而F368、L371、L372、A375、W509、L514、Y515对RdRP起关键作用。此外，S蛋白的药物相互作用表面也显示出与其所有最大抑制剂相似的模式。ADME分析还加强了筛选的植物治疗剂作为具有最高药物友好性的抗SARS-C的有效候选药物的可能性。
2020-05-22 q-bio.BM q-bio.GN
Iterative Annealing Mechanism for Protein and RNA Chaperones
本文提出迭代退火机制（IAM）统一解释蛋白质与RNA分子伴侣的作用，说明二者通过反复退火最大化稳态折叠产量，并预测体内RNA分子伴侣活性需适中。
2025-06-14 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Contact statistics highlight distinct organizing principles of proteins and RNA
虽然RNA和蛋白质都具有密集的天然结构，但这两种生物聚合物的链组织是根本不同的。最近发现染色质折叠，间期染色体的领土组织的签名指向亚稳定性的动机，我们分析了蛋白质数据库中存放的生物分子结构，发现链内接触概率，$P(s)$作为弧长$s$的函数，在$s$，$10\lesssim s\lesssim 110$的中间范围内的幂律$\sim s^{-γ}$衰减。我们发现，接触概率标度指数为$γ\approx 1.11$的大RNA（$N>110$），$γ\approx 1.41$的小尺寸RNA（$N<110$），和$γ\approx 1.65$的蛋白质。考虑到高斯统计预期在聚合物熔体中完全平衡的链，在天然状态下大RNA的子链的$γ$值与$γ=1.5$的偏差表明RNA的链构型没有完全平衡。视觉上清楚的是，大尺寸RNA（$N\gtrsim 110$）的折叠结构采用褶皱结构，被划分成由沿着链的近端序列组装的模块化多结构域，而折叠蛋白质的多肽链看起来更好地与结构的其余部分混合。我们对大RNA的$γ\approx 1$的发现可能是折叠过程中二级到三级元件的等级排序的必然结果。
2016-04-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Molecular interactions between the constituents of small ribosomal subunit
不同物种核糖体亚基的高分辨率晶体结构的获得为研究其组分之间的分子相互作用和稳定策略开辟了一条途径。小核糖体亚基的结构分析表明，初级结合蛋白主要用于稳定折叠的核糖体RNA通过其高负自由能的协会，其中三级结合剂主要有助于稳定蛋白质-蛋白质界面。二级粘合剂执行这两种功能。原核和真核核糖体蛋白质的构象变化，由于与16 S核糖体RNA的复合物与它们的RNA界面面积和自由能协会呈线性相关。在核糖体RNA内具有长延伸的蛋白质比在亚基表面上发现的蛋白质具有更灵活的结构。与大肠杆菌相比，嗜热栖热菌核糖体蛋白经历高构象变化，确保在高温环境下的结构稳定性。核糖体蛋白质-RNA界面的一般稳定化策略示出，其中高界面极性确保高表面密度的氢键，即使具有低的碱基/主链比。极性在核糖体蛋白进化策略中受到调控。因此，这两个物种的栖息地环境条件甜化它们的核糖体蛋白-RNA界面，以改变其物理参数的稳定顺序。
2012-12-05 q-bio.BM
RNA structure generates natural cooperativity between single-stranded RNA binding proteins targeting 5' and 3'UTRs
在转录后调节中，mRNA分子被许多蛋白质和/或miRNA结合以调节其功能。为了实现组合基因调控，RNA的这些结合配偶体必须彼此通信，表现出协同性。即使在结合配偶体之间没有直接物理相互作用的情况下，这种协同性也可以通过RNA二级结构介导，因为它们影响结合位点的可接近性。在这里，我们提出了一个定量的措施，这种结构介导的协同性，可以数值计算的任意RNA序列。针对具有两个结合位点的RNA，我们推导出自由能差异的特征差异，即ΔΔG，作为一个结合位点的占据对另一个结合位点结合强度的影响的量度。我们将这种方法应用于大量的人类和C。elegans mRNAs，并发现结构介导的协同性是一个通用的功能。有趣的是，这种协同性不仅影响沿着序列紧密接近的结合位点，而且影响其中一个结合位点位于mRNA的5 'UTR中而另一个位于3' UTR中的构型。此外，我们发现这种端到端的协同性是由UTR序列决定的，而编码区的序列是不相关的。
2014-10-20 q-bio.BM
Fluctuating diffusivity of RNA-protein particles: Analogy with thermodynamics
一个正式的类比波动扩散热力学讨论信使RNA分子荧光融合到活细胞中的蛋白质。关于这种RNA-蛋白质颗粒的波动扩散率的平均值作为内能的模拟，热量和功的模拟被识别。的克劳修斯不等式被证明持有的熵与扩散率的波动，这起着类似的作用，热力学熵，和热量的模拟。统计涨落分布的变化也从几何的角度进行了检查。本文的讨论有助于从热力学热力学定律的角度更深入地理解波动扩散率。
2021-03-16 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Universal relations in the self-assembly of proteins and RNA
植根于物理学的概念在生物学中变得越来越重要，因为我们过渡到一个需要从分子到细胞水平的所有过程的定量描述的时代。在这篇文章中，我讨论了两个意想不到的发现，普遍的行为，在生物学中不常见，在蛋白质和RNA的自组装。这些令人惊讶的发现揭示了物理学思想应用于从折叠到基因表达到细胞运动和细胞间通讯的生物学问题可能会导致发现在可适应的生命系统中运作的普遍原则。
2014-06-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
StemP: A fast and deterministic Stem-graph approach for RNA and protein folding prediction
我们提出了一种新的确定性方法来预测RNA序列和蛋白质折叠。对结构预测来说，stem是否足够？主要思想是考虑给定序列中所有可能的茎形成。利用茎环的能量和茎的强度，我们探索了如何确定性地利用茎信息进行RNA序列和蛋白质折叠结构的预测。我们使用图形符号，其中所有可能的茎表示为顶点，共存为边。这个完整的Stem图呈现了所有可能的折叠结构，并且我们挑选子图，这些子图给出了用于折叠结构预测的最佳匹配能量。我们引入了一个Stem-Loop分数来增加结构信息并加快计算速度。所提出的方法可以处理二级结构预测以及蛋白质折叠与伪结。数值实验是用笔记本电脑完成的，结果只需要几分钟或几秒钟。这种方法的优点之一是算法的简单性和灵活性，它给出了确定性的答案。我们探索蛋白质数据库中的蛋白质序列，rRNA 5S序列和Gutell实验室的tRNA序列。各种实验和比较，包括验证所提出的方法。
2022-01-15 cs.DM physics.bio-ph q-bio.BM
Character-level Tokenizations as Powerful Inductive Biases for RNA Foundational Models
Nostrum Biodiscovery（诺斯特伦生物发现公司）；Institute for Research in Biomedicine (IRB Barcelona), The Barcelona Institute of Science and Technology（巴塞罗那科学技术研究所生物医药研究所（IRB巴塞罗那））；Barcelona Supercomputing Center（巴塞罗那超级计算中心）
针对RNA基础模型性能落后于蛋白质模型的问题，提出参数高效的ChaRNABERT模型，通过可学习的字符级分词在多项基准任务上达到最先进性能，并扩展至RNA-蛋白质等相互作用预测。
2024-11-05 cs.AI cs.LG q-bio.BM
Kinetics of viral self-assembly: the role of ss RNA antenna
有一大类病毒是由大量相同的衣壳蛋白和ss RNA自组装而成的，衣壳蛋白具有长而灵活的N-末端尾巴。我们研究了强库仑相互作用的积极的N-末端尾巴与SS RNA在体外病毒自组装的动力学的作用。衣壳蛋白粘附在未组装的ss RNA链上（我们称之为“天线”），并在其上滑向组装位点。我们发现，在过量的衣壳蛋白，这样的一维扩散加速自组装超过十倍。另一方面，当ss RNA过量时，天线减慢了自组装。提出了几个实验来验证ss RNA天线的作用。
2007-02-02 cond-mat.soft q-bio.BM
Functional analysis of the N-terminal basic motif of a eukaryotic satellite RNA virus capsid protein in replication and packaging
病毒颗粒的有效复制和组装对于感染的建立是不可或缺的。除了衣壳蛋白（CP）在使RNA子代衣壳化中的主要作用外，正义单链RNA病毒的实验证据表明CP也调节RNA合成。在这里，我们证明了卫星烟草花叶病毒（STMV）的复制是由STMV CP和辅助病毒（HV）烟草花叶病毒（TMV）复制酶之间的协同相互作用控制的。我们确定STMV CP-HV复制酶相互作用需要在N-末端13个氨基酸（aa）基序中的第三位置（3R）处的带正电荷的残基。远西北印迹表明，STMV CP促进HV-复制酶和STMV RNA之间的结合。在N-末端13 aa基序中的位置3处具有精氨酸至丙氨酸取代的STMV CP变体废除了复制酶-CP结合。CP的N-末端13 aa基序携带位于5、7、10和11位的带正电荷残基的丙氨酸取代，在包装全长STMV时是有缺陷的，但可以包装缺少3'末端150 nt区域的截短的STMV RNA。这些发现提供了深入了解STMV复制和包装的调节机制。
2016-12-26 physics.bio-ph q-bio.BM
Atomic-accuracy prediction of protein loop structures through an RNA-inspired ansatz
一致性预测生物聚合物结构在原子分辨率单独从序列仍然是一个困难的问题，即使是小的子段的大蛋白质。在比较建模和蛋白质设计中经常出现的这种环预测挑战，当环长度超过10个残基并且如果周围的侧链构象被擦除，则可能变得难以处理。本文介绍了一种基于“逐步ansatz”的建模策略，最近开发的RNA建模，假定任何现实的全原子分子构象可以建立由残基的残基逐步枚举。当利用Rosetta框架中的动态编程类递归时，所得到的逐步组装（SWA）协议能够以数千CPU小时的显著但可实现的成本对12个残基循环进行枚举采样。在先前建立的基准中，SWA恢复了20个循环中19个循环的亚埃精度的晶体学构象，而KIC建模的20个循环中有14个循环的计算能力相当。此外，SWA对生物学文献中突出显示的另外一组15个环给出了高准确度结果，因为它们的不规则性或不寻常的长度。成功的例子包括顺式-Pro接触转角、穿过其他侧链隧道的环和长度高达24个残基的环。剩余的问题情况下，罗塞塔所有原子能量函数的不准确性。在另外五个盲测中，SWA实现了亚埃精度模型，包括在蛋白质/RNA结合界面中的首次成功，即第四次RNA谜题竞赛中的YbxF/扭结-转弯相互作用。这些结果建立了全原子计数作为蛋白质结构的系统方法，可以利用高性能计算和物理上真实的能量函数来更一致地实现原子分辨率。
2013-05-24 q-bio.BM
RNA topology remolds electrostatic stabilization of viruses
简单的RNA病毒有效地将其基因组封装到纳米大小的蛋白质外壳中：衣壳。基因组和衣壳蛋白的自发共组装主要由带负电荷的RNA和带正电荷的内衣壳壁之间的静电相互作用驱动。使用场论公式，我们表明，固有的分支RNA二级结构允许病毒最大限度地提高封装的基因组的量，使组装更有效，允许病毒RNA在感染的宿主细胞中复制过程中竞争细胞RNA。
2016-01-04 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
The effect of RNA stiffness on the self-assembly of virus particles
在许多体外条件下，一些小病毒自发地将单链（ss）RNA包裹到称为衣壳的蛋白质外壳中。虽然病毒RNA被发现是紧凑的和高度分支的，因为核苷酸之间的长距离碱基配对，最近的实验表明，在没有二级或更高级结构的ssRNA和病毒RNA之间的头对头竞争中，衣壳蛋白优先封装线性聚合物！本文研究了基因组刚性对RNA与衣壳蛋白复合物的解离自由能的影响。我们发现，由于碱基配对，有效链刚度的增加可能是在某些条件下线性链在支链上具有优势的原因，当涉及到双糖苷化效率。虽然分支使基因组更紧凑，但RNA碱基配对增加了RNA分子的有效库恩长度，这可能导致RNA限制的自由能增加，即RNA限制所需的功，从而降低包装效率。
2018-01-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
The unknotted strands of life: knots are very rare in RNA structures
目前正在进行的检测和表征生物聚合物中的物理缠结的努力已经确定，结存在于许多球状蛋白质中，也大量存在于包装在噬菌体内的病毒DNA中。另一方面，RNA分子还没有被系统地筛选出物理结的出现。因此，我们对蛋白质数据库中存在的约6，000种RNA结构进行了系统分析。搜索发现不超过三个深打结的RNA分子。这些是通过冷冻-em溶解的核糖体RNA，由大约3，000个核苷酸组成。因此，与蛋白质和病毒DNA的情况相比，观察到的RNA结的发生率实际上可以忽略不计。这表明，无论是进化选择，或热力学和动力学折叠机制的作用，以尽量减少RNA的纠缠的程度是无与伦比的其他类型的生物分子。观察到的三种RNA打结模式的性质为设计能够在扭结折叠中自打结的RNA序列提供了有价值的线索。
2014-10-06 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Multimodal Alignment and Preference Optimization for Zero-Shot Conditional RNA Generation
Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, LJK（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国家科学研究中心、格勒诺布尔INP、LJK实验室）；Center for Computational Mathematics, Flatiron Institute（计算数学中心、Flatiron研究所）
提出Moirain框架，通过多模态监督微调和直接偏好优化实现条件RNA序列生成，在零样本条件下生成具有高结合亲和力的生物合理RNA序列。
2026-05-12 cs.AI cs.LG q-bio.BM
Coarse-Grained Nucleic Acid-Protein Model for Hybrid Nanotechnology
杂交DNA -蛋白质纳米技术的新兴领域带来了许多新材料的潜力，这些材料将DNA纳米技术的可寻址性与蛋白质相互作用的多功能性相结合。然而，这些混合结构的设计和计算研究是困难的，由于所涉及的系统尺寸。为了帮助设计和计算机分析过程中，我们在这里介绍了一个粗粒度的DNA/RNA-蛋白质模型，扩展了DNA/RNA的oxDNA/oxRNA模型与基于各向异性网络模型表示的粗粒度蛋白质模型。我们的模型完全配备了分析脚本和可视化，旨在促进最终实验实现的混合纳米材料设计，以及使生物复合物的研究成为可能。我们通过模拟DNA-蛋白质纳米笼、包裹在组蛋白周围的DNA和聚合酶中的新生RNA进一步证明了它的用途。
2020-09-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Molecular simulations to investigate the impact of N6-methylation in RNA recognition: Improving accuracy and precision of binding free energy prediction
针对MD预测m6A增强RNA-YTH结合自由能不准的问题，提出整合元动力学、炼金术模拟与力场精修的方法，通过拟合m6A部分电荷同时再现蛋白结合与九个RNA双链体稳定性。
2024-04-23 q-bio.BM
RDesign: Hierarchical Data-efficient Representation Learning for Tertiary Structure-based RNA Design
Zhejiang University（浙江大学）；McGill University（麦吉尔大学）；Westlake University（西湖大学）；AI Lab, Research Center for Industries of the Future, Westlake University（西湖大学未来产业研究中心AI实验室）
针对RNA三级结构设计序列面临的数据稀缺、结构复杂难题，提出分层对比学习框架RDesign，结合二级结构先验，构建基准数据集，实现数据高效的RNA设计，为相关任务提供可靠基线。
2024-03-07 cs.AI cs.LG q-bio.BM
Comparative Analysis of RNA Families Reveals Distinct Repertoires for Each Domain of Life
RNA世界假说，即RNA基因组和催化剂先于DNA基因组和遗传编码的蛋白质催化剂，一直是地球生命早期进化模型的核心。这种模型的一个关键部分是生命进化的最早阶段与现存谱系的RNA库之间的连续性。一些评估似乎与多样化的RNA世界一致，但现代RNA和RNA世界之间的直接连续性尚未被证明为大多数RNA家族，而且，有趣的是，许多RNA功能似乎在其分布中受到限制。尽管对RNA家族可能的古老性进行了大量讨论，但尚未对RNA家族分布进行系统分析。为了绘制已知RNA家族的广泛进化历史，我们对Rfam 10数据库中跨越1446个家族的超过300万个RNA注释进行了比较基因组分析。我们报告说，99%的已知RNA家族仅限于一个单一的生活领域，揭示了每个领域的离散剧目。对于存在于一个以上结构域中的1%的RNA家族/氏族，超过一半显示出水平基因转移的证据，其余的显示出垂直痕迹，表明在最后的普遍共同祖先（LUCA）中存在复杂的蛋白质合成机制，并与最古老的蛋白质编码基因的进化历史相一致。然而，有限的域间转移和几个RNA家族表现出明显的古老性预测下RNA世界的连续性，我们的研究结果表明，大多数现代细胞RNA库主要是在一个特定的域的方式演变。
2012-09-07 q-bio.BM q-bio.GN q-bio.PE
Pathways and kinetic barriers in mechanical unfolding and refolding of RNA and proteins
利用自组织聚合物模型，我们预测了核酶和绿色荧光蛋白的机械去折叠和重折叠途径。与实验一致，四膜虫核酶中有6到8个解折叠转变。根据加载速率，Azoarcus核酶的力斜坡展开中的裂口数在2到4之间。四膜虫核酶的P4-P6亚结构域的力淬灭重折叠通过紧凑的中间体发生。随后在螺旋P5 b-P6 a和P5 a/P5 c-P4之间形成三级接触导致天然状态。力猝灭重折叠途径同意合奏实验。在显性解折叠途径中，GFP的N-末端a螺旋首先解折叠，随后是N末端b链的破坏。还有第三个中间过程，涉及到其他三条链的分裂。与实验一致，GFP的强制猝灭复性途径是分级的，限速步骤是桶的关闭。
2006-11-16 cond-mat.soft q-bio.BM
Sampling-based Continuous Optimization for Messenger RNA Design
Oregon State University（俄勒冈州立大学）；University of Southern California（南加州大学）；University of Rochester Medical Center（罗切斯特大学医学中心）
本文提出了一种基于采样的连续优化框架，用于改进mRNA设计，通过迭代采样和参数化分布更新，提升了目标蛋白的稳定性和性能。
2026-03-06 q-bio.BM
Biophysical Modeling of SARS-CoV-2 Assembly: Genome Condensation and Budding
由严重急性呼吸道综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）引起的COVID-19大流行促使全球开展前所未有的协同研究，以遏制和根除这种病原体。SARS-CoV-2有四种结构蛋白：包膜（E）、膜（M）、核衣壳（N）和刺突（S），它们通过从细胞内脂质膜出芽而与其RNA一起自组装成感染性病毒。在本文中，我们开发了一个模型来探索RNA缩合的机制，通过结构蛋白，蛋白质寡聚化和细胞膜-蛋白质相互作用，控制出芽过程和最终的病毒结构。利用分子动力学模拟，我们已经破译了带正电荷的N蛋白如何相互作用并浓缩非常长的基因组RNA，从而导致其包装由宿主细胞内的结构蛋白修饰的脂质包膜。此外，考虑到RNA的长度和病毒的大小，我们发现，M蛋白的内在曲率是必不可少的病毒出芽。虽然目前大多数研究都集中在S蛋白，这是负责病毒的进入，它已被需要开发有效的疫苗的动机，通过在这个关键的蛋白质突变的耐药性的发展，使它有必要阐明病毒的生命周期的细节，以确定其他药物的目标，为未来的治疗。我们的模拟将通过重新组装病毒颗粒来深入了解病毒的生命周期，并可能为未来的药物开发确定治疗靶点。
2022-09-23 physics.bio-ph q-bio.BM
$αβ$ DCA method identifies unspecific binding but specific disruption of the group I intron by the StpA chaperone
伴侣蛋白是所有蛋白质组中最无序的蛋白质，它通过使错误折叠的构型不稳定或使功能构型稳定来帮助RNA折叠成其功能结构。但是解开RNA分子伴侣的机制是具有挑战性的，主要是由于分子伴侣的固有紊乱和它们与RNA相互作用的瞬时性质。特别是，目前还不清楚如何具体的相互作用，以及氨基酸的电荷和极性模式发挥了什么作用。在这里，我们解决这些问题的RNA伴侣StpA。我们将直接偶联分析（DCA）应用到$αβ$ DCA方法中，该方法可以处理以两个字母（核苷酸和氨基酸）书写的串联序列。使用$αβ$ DCA，我们可以分析StpA-RNA相互作用，并显示与先前提出的双管齐下的机制的一致性：StpA破坏I组内含子中的特定位置，同时全局和松散地结合整个结构。此外，相互作用与电荷模式密切相关：不稳定的StpA N-末端中的带负电荷的区域影响RNA中的一些特定位置，位于茎和假结中。相反，C-末端的阳性区域含有强偶联的氨基酸，其促进与RNA的非特异性或弱特异性结合。本研究开辟了新的途径来检查无序蛋白质的功能，并根据其电荷模式设计破坏性蛋白质。
2020-09-02 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.PE
Minimal models for proteins and RNA: From folding to function
我们展示了粗粒度（CG）模型在研究蛋白质和RNA的折叠和功能方面的实用性的全景图。主要利用我们小组在过去20年中开发的方法，我们描述了一些关键应用，从二硫键蛋白质的折叠到分子机器的功能。提出的理论基础，证明使用CG模型，我们探讨了生物物理基础的出现有限数量的褶皱从晶格模型。折叠状态的晶格模型模拟方法表明，非本地的相互作用是相关的，只有在早期的折叠过程中-一个发现，合理化的成功，强调本地的相互作用的基于结构的模型。应用非晶格$C_α$和模型，明确考虑侧链（$C_α$-SCM）的折叠$β$-发夹和大分子拥挤的影响进行了简要讨论。通过描述绿色荧光蛋白（GFP）对机械力的响应，成功地应用了一类新的非晶格模型，称为自组织聚合物（SOP）。SOP模型的实用性进一步说明了澄清伴侣GroEL和运动的分子马达驱动蛋白的功能的应用程序。我们还提出了两种不同的RNA模型，即三位点相互作用（TIS）模型和SOP模型，探针迫使简单的发夹和{\it Azoarcus}核酶的解折叠和猝灭重折叠。SOP模型的基础上的预测表明，力诱导的核酶的解折叠途径可以显着改变通过改变加载速率。最后，我们讨论了未来的前景，使用粗粒度模型在解决生物学中的突出兴趣的问题。
2008-08-22 cond-mat.soft q-bio.BM q-bio.SC
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
RNA-FrameFlow: Flow Matching for de novo 3D RNA Backbone Design
Yale University（耶鲁大学）；University of Cambridge (UK)（剑桥大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（伯克利国家实验室）；Prescient Design, Genentech, Roche（Prescient Design、基因泰克、罗氏）；University of Oxford (UK)（牛津大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）
提出首个基于SE(3)流匹配的3D RNA骨架生成模型RNA-FrameFlow，通过定制数据协议与评估指标，成功生成40-150个核苷酸的局部逼真骨架，超40%达到全局自洽。
2025-08-11 cs.LG q-bio.BM q-bio.GN
Aptamer-protein interaction prediction model based on transformer
提出基于Transformer的SelfTrans-Ensemble模型，整合序列与结构信息预测适配体-蛋白质相互作用，训练准确率98.9%，测试准确率88.0%，对序列突变敏感，可加速适配体筛选。
2025-06-19 q-bio.BM
Knowledge-based machine learning methods for macromolecular 3D structure prediction
预测大分子（如蛋白质或RNA分子）的三维结构是生物信息学和计算生物学中最困难和最有吸引力的问题之一。它的重要性来自于给定蛋白质或RNA的3D结构与功能之间的关系。3D结构还有助于找到蛋白质的配体，这些配体通常是小分子，这是药物设计的关键步骤。不幸的是，精确获得大分子的3D结构没有捷径。大分子3D结构的许多物理测量由于其巨大的劳动力成本和对实验室条件的要求而无法按比例放大。近年来，由于计算速度和机器学习方法的进步，计算方法取得了巨大的进步。这些方法通过使用各种数学模型和机器学习方法，仅需要序列信息来预测3D结构。计算方法的成功高度依赖于具有已知结构的蛋白质和RNA的大型数据库。然而，计算方法的性能总是期望得到改进。这有几个原因。首先，我们面临着，并将继续面对数据的稀疏性。其次，三维结构空间太大，我们的计算能力。这两个障碍可以通过基于知识的方法来消除，该方法将从已知结构中学习的知识与生物学家对蛋白质或RNA折叠过程的知识相结合。在这篇论文中，我将介绍我的成果，建立一个基于知识的方法，通过使用机器学习方法来解决这个问题。我的方法包括中间状态的知识约束，这可以大大减少蛋白质或RNA的解决方案空间，从而提高结构折叠方法的效率，提高其准确性。
2016-12-13 q-bio.BM
Towards Joint Sequence-Structure Generation of Nucleic Acid and Protein Complexes with SE(3)-Discrete Diffusion
Profluent Bio；AI Research Lab（AI研究实验室）
本文提出MMDiff，利用SE(3)-离散扩散噪声联合生成核酸与蛋白质复合物的序列和结构，并通过新基准验证其在micro-RNA、单链DNA及多链复合物建模中的有效性。
2023-12-21 cs.AI cs.LG q-bio.BM
Combining oligo pools and Golden Gate cloning to create protein variant libraries or guide RNA libraries for CRISPR applications
本文提出将 oligo pools 与 Golden Gate 克隆结合的完整方案，用于低成本构建蛋白质突变体文库和 CRISPR 单 guide RNA 文库。
2024-01-22 q-bio.BM q-bio.QM
Iterative Annealing Mechanism Explains the Functions of the GroEL and RNA Chaperones
分子伴侣是消耗ATP的生物机器，其促进蛋白质和RNA分子的折叠，所述蛋白质和RNA分子在动力学上长时间被困在错误折叠状态。无辅助折叠通过动力学分配机制发生，根据动力学分配机制，以低概率折叠到天然状态以及以高概率错误折叠到许多亚稳态之一，在类似的时间尺度上迅速发生。GroEL是一种多用途的随机机器，可以帮助错误折叠的底物蛋白（SP）折叠。RNA分子伴侣（CYT-19）帮助容易错误折叠的核酶折叠。GroEL不与折叠的蛋白质相互作用，但CYT-19破坏折叠和错误折叠的核酶。尽管存在这一主要差异，迭代退火机制（IAM）定量地解释了蛋白质和核酶辅助折叠的所有可用实验数据。在ATP结合和水解以及GroES结合的驱动下，GroEL经历催化循环，在此期间，它采样三种变构状态，称为T（apo）、R（ATP结合）和R“（ADP结合）。与IAM预测一致，实验数据的分析表明GroEL-GroES机制和突变体的效率由重置速率$k_{R''\rightarrow T}$决定，其对于野生型GroEL是最大的。广义IAM精确预测了四膜虫核酶及其变体的折叠动力学。分子伴侣通过驱动底物脱离平衡而使折叠速率和稳态天然状态折叠的乘积最大化。绝对产率和折叠速率都没有优化。
2019-09-16 physics.bio-ph q-bio.BM
RNA Base Pairing Determines the Conformations of RNA Inside Spherical Viruses
许多简单的RNA病毒用一种称为衣壳的蛋白质外壳包裹着它们的遗传物质。虽然大多数病毒的衣壳结构都有很好的特征，但壳内RNA的结构及其影响因素仍然知之甚少。我们研究了碱基配对对RNA构象的影响，发现它经历了一个肿胀的线圈小球连续过渡作为配对相互作用的强度的函数。我们还观察到一阶转换和扭结作为RNA长度的函数。所有这些转变都可以解释在病毒外壳内观察到的不同RNA谱。
2017-11-04 physics.bio-ph q-bio.BM
Neural representation and generation for RNA secondary structures
McGill University（麦吉尔大学）；Mila（米拉）
我们的工作涉及RNA的生成和靶向设计，RNA是一种遗传大分子，可以采用影响其细胞活性和功能的复杂结构。大规模和复杂的生物结构的设计刺激了专用的基于图的深度生成建模技术，这代表了计算药物发现的关键但未被充分认识的方面。在这项工作中，我们研究了代表和生成不同RNA结构模式背后的原理，并提出了一个灵活的框架，以联合嵌入和生成这些分子结构及其序列在一个有意义的潜在空间。凭借对RNA分子结构的深刻理解，我们最先进的编码和解码方法在分子图以及连接树层次上操作，整合了关于RNA结构规律性和折叠机制的强诱导偏差，从而实现了生成的RNA的高结构有效性，稳定性和多样性。此外，我们试图充分组织RNA分子嵌入与蛋白质相互作用的潜在空间，并使用有针对性的优化来在这个潜在空间中导航，以寻找所需的新型RNA分子。
2021-02-01 cs.LG q-bio.BM
Stochastic dynamics and ribosome-RNAP interactions in Transcription-Translation Coupling
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
研究转录-翻译耦合中核糖体与RNA聚合酶的相互作用机制，通过随机模型分析延迟时间分布及保护作用，提出新的度量指标以揭示加速或减速转录的条件。
2022-07-10 cond-mat.stat-mech q-bio.BM q-bio.SC
RNA Dynamics and Interactions Revealed through Atomistic Simulations
Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, SISSA（国际高等研究学院）
本文通过原子模拟研究RNA动态与相互作用，探讨了增强采样技术和人工智能在RNA建模中的应用。
2026-03-04 physics.chem-ph q-bio.BM
RNA folding landscapes from explicit solvent all-atom simulations
考虑到开发现实力场的困难和采样罕见构象转变的固有计算复杂性，RNA折叠的原子详细模拟已被证明是非常具有挑战性的。为了解决这两个问题，我们扩展到RNA的增强路径采样方法以前成功地应用于蛋白质。在这个方案中，关于RNA的天然结构的信息被一个软的依赖于历史的偏置力所利用，该偏置力被添加到原子力场中，从而促进了生产性折叠轨迹的产生。在这里，我们报告的结果，在明确的溶剂中的RNA分子从20至47个核苷酸长和拓扑结构的复杂性增加的模拟。从折叠途径的统计分析中，我们推断，与蛋白质不同，即使对于具有简单拓扑结构的相对较小的链，潜在的自由能景观也显着受挫。折叠机制和热力学与现有的实验和一些现有的粗粒度模型是一致的。该方案提供了一个完整的微观表征RNA折叠，有关的动力学和动力学的转变的化学链和它的溶剂。因此，它提供了一个可转移的框架，为未来的翻译应用程序奠定了基础。
2022-05-25 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Electrostatic theory of viral self-assembly: a toy model
病毒从相同的衣壳蛋白和它们的基因组自组装，所述基因组由例如长单链（ss）RNA组成。对于一大类T = 3病毒，衣壳蛋白具有长的正N-末端尾。我们探讨了正N-末端尾巴扎根在衣壳的内表面和负SS RNA分子的刷之间的库仑相互作用所发挥的作用。我们发现，当SS RNA的总轮廓长度接近尾部的总长度时，病毒是最稳定的。对于这种结构，总RNA电荷的绝对值大约是衣壳电荷的两倍。这一结论与结构数据一致。
2007-02-02 cond-mat.soft q-bio.BM
Predicting Distance matrix with large language models
Shanghai Artificial Intelligence Laboratory（上海人工智能实验室）
针对RNA结构预测数据受限且传统3D预测精度有限的问题，提出利用预训练RNA语言模型结合下游transformer，仅凭一级序列信息准确推断RNA碱基间距离图的方法。
2024-09-24 cs.CV cs.LG q-bio.BM
RiNALMo: General-Purpose RNA Language Models Can Generalize Well on Structure Prediction Tasks
提出最大RNA语言模型RiNALMo，通过650M参数预训练提取序列结构与知识，在结构预测等下游任务取得最优结果，泛化能力超越现有深度学习方法。
2024-11-12 cs.LG 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
Generalized Iterative Annealing Model for the action of RNA chaperones
由于RNA分子的崎岖景观，它们的折叠由动力学分配机制描述，根据该机制，只有一小部分（$ϕ_F$）达到折叠状态，而剩余部分的分子被动力学地捕获在错误折叠的中间体中。从错误折叠状态到天然状态的转变可能远远超过生物学相关时间。因此，RNA在体内的折叠通常是由蛋白质辅因子，称为RNA分子伴侣，可以拯救RNA从大量的错误折叠的结构。我们考虑两个模型，基于化学动力学和化学主方程，描述辅助折叠。在被动模型中，适用于I类底物，错误折叠的结构与RNA分子伴侣单独的瞬时相互作用足以使错误折叠的结构不稳定，从而熵降低折叠的障碍。为了使这种机制有效，折叠的RNA和蛋白质辅因子之间的中间核糖核蛋白（RNP）复合物应该具有最佳稳定性。我们还引入了一个活性模型（适用于具有小$ϕ_F$的严格底物），该模型解释了最近关于CYT-19对I组内含子核酶作用的实验结果，表明RNA伴侣不会区分错误折叠状态和天然状态。在主动模型中，RNA分子伴侣系统利用ATP水解的化学能反复结合和释放错误折叠和折叠的RNA，导致天然状态的产量大幅增加。这里概述的理论表明，与实验一致，在稳定状态下，本征态不会以单位概率形成。
2013-06-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Comment on "Length-dependent translation of messenger RNA by ribosomes"
在Valleriani { \it et al} [Phys. Rev. E { \bf 83}，042903（2011）]的最新论文中，提出了用于描述核糖体翻译信使RNA（mRNA）的简单模型，并且获得了翻译率$r$的表达式，所述翻译率$r$定义为蛋白质从mRNA的翻译速率$ω_{\rm tl}$与蛋白质的降解速率$ω_p$的比率。得到这个比率$r$的关键点是得到翻译率$ω_{\rm tl}$。在Valleriani { \it et al}的研究中，假定$ω_{\rm tl}$是测量的翻译速率的平均值，即蛋白质的翻译数与mRNA的寿命的比率的平均值。然而，在实验中，可以使用不同的方法来获得$ω_{\rm tl}$。因此，为了将来将他们的模型应用于更多的实验数据分析，在本文中，提供了三种获得平移率$ω_{\rm tl}$的方法，从而获得平移比$r$。基于大多数实验中可能采用的方法之一，我们发现，在原核细胞中，翻译率$r$随mRNA的长度呈指数衰减，而在真核细胞中，翻译率随mRNA的长度呈指数衰减。这一结果与Valleriani的研究结果略有不同。
2011-10-10 physics.bio-ph q-bio.BM
ATP dependent NS3 helicase interaction with RNA: insights from molecular simulations
丙型肝炎病毒的非结构蛋白3（NS3）解旋酶是一种具有ATP依赖性机制的核酸解旋和易位酶，在病毒RNA的复制中起关键作用。基于晶体结构和单分子实验，提出了一种类似尺蠖的移位机制。在这里，我们进行原子分子动力学在明确的溶剂微秒的时间尺度上可用的实验结构。我们还构建和模拟推定的转运过程的中间体，我们进行非平衡有针对性的模拟，以估计其相对稳定性。对于每个模拟的结构，我们仔细表征可用的构象空间，配体结合口袋，和RNA结合裂缝。氢键网络和非平衡轨迹的分析表明，ATP依赖的稳定的蛋白质构象之一。此外，焓计算表明，熵效应可能是至关重要的实验观察到的结构的稳定。
2015-08-21 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Aligning biological sequences by exploiting residue conservation and coevolution
核苷酸序列（对于DNA和RNA）或氨基酸序列（对于蛋白质）是生物学的中心对象。最重要的计算问题之一是序列比对，即以识别相似区域的方式排列来自不同生物体的序列，以检测序列之间的进化关系，并预测生物分子的结构和功能。这通常通过轮廓模型来解决，轮廓模型捕获位置特异性，如序列中的保守性，但假设不同位置的独立进化。在过去的几年里，已经很好地建立了不同氨基酸位置的共同进化对于维持三维结构和功能是必不可少的。基于逆统计物理的建模方法可以捕捉序列集成中的协同进化信号，目前已广泛应用于蛋白质结构、蛋白质相互作用和突变景观的预测。在这里，我们提出了DCAlign，一个有效的比对算法的基础上的一个近似的消息传递策略，这是能够克服的限制，配置文件模型，包括在一般的方式之间的位置的共同进化，并因此普遍适用于蛋白质和RNA-序列比对，而不需要使用互补的结构信息。DCAlign的潜力是仔细探索使用良好控制的模拟数据，以及真实的蛋白质和RNA序列。
2020-11-13 cond-mat.dis-nn physics.bio-ph q-bio.BM
A Model of Sequence Dependent Protein Diffusion Along Dna
我们引入了一个概率模型的蛋白质滑动运动沿DNA在搜索的目标序列。该模型解释了由于非特异性DNA和蛋白质之间的序列依赖性相互作用可能产生的影响。作为一个例子，我们专注于T7 RNA聚合酶，并利用其在启动子位点的相互作用的可用信息，以研究噬菌体T7 DNA序列对滑动过程的动力学的影响。大沟中的氢键被用作RNA聚合酶和DNA之间的主要序列依赖性相互作用。详细讨论了由此产生的动力学性质和实验验证的可能性。我们表明，虽然在大的时候，该过程达到一个纯扩散制度，它最初显示一个子扩散行为。亚扩散状态可以持续足够长的时间以引起生物学兴趣。
2002-07-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Optimizing RNA yield using deep neural networks coupled to massively parallel screening
Sanofi（赛诺菲）
本研究结合大规模平行测序与卷积神经网络，构建了可高分辨率预测RNA产量的深度学习框架，其预测与实验产量的皮尔逊相关系数达0.94，可用于RNA序列的生产前优先排序，降低成本并加速RNA工程。
2026-08-26 q-bio.BM q-bio.GN
