一种在mRNA密码子优化的DFA图中实现Motif序列约束的方法技术

本发明专利技术涉及计算机辅助药物研发技术领域，具体涉及一种在mRNA密码子优化的DFA图中实现Motif序列约束的方法，该方法包括步骤A：在DFA图中定位Motif子图的位置；步骤B：对局部的DFA图进行扩展；步骤C：删除独立出来Motif子图；步骤D：重复执行步骤A，直至Motif子图完全删除。本发明专利技术避免了显式地对候选密码子进行排列组合，而是将约束隐含在DFA图的路径之中，在优化开始前对DFA图进行处理，从而避免了密码子排列组合所需的大量后期处理的计算量。由此，该方法解决了在mRNA密码子优化中Motif序列的约束问题，为长序列的mRNA密码子设计提供了有效的解决手段。的解决手段。的解决手段。

【技术实现步骤摘要】
一种在mRNA密码子优化的DFA图中实现Motif序列约束的方法


[0001]本专利技术涉及计算机辅助药物研发
，具体涉及一种在mRNA密码子优化的DFA(有限状态自动机)图中实现Motif序列约束的方法。

技术介绍

[0002]根据中心法则，信使RNA(mRNA)通过翻译产生相应的蛋白质，进而发挥生物学功能。其中从初始密码子开始至终止密码子结束，每三个连续的残基形成的密码子对应一个天然氨基酸(终止密码子除外)。在这个过程中mRNA是遗传物质从DNA 传递到蛋白质的中间载体。由于mRNA处于蛋白质的“上游”，从理论上讲，mRNA 可以对所有蛋白层面的药物进行替代。从制药行业的角度来看，mRNA是一种非常有潜力的候选药物，可以满足基因治疗、癌症治疗以及开发疫苗等需求，而且其整体工艺简单，研发速度快，稳定性高。因此，mRNA药物作为新兴的药物形式，已成为药物研发领域的研究热点。
[0003]在mRNA序列中，密码子与氨基酸的对应关系为一对多，同时不同的密码子选择会影响到mRNA的稳定性、翻译效率等性质。目前由于工艺的限制，部分短核酸序列(Motif序列)需要避免在mRNA设计中出现，包括合成酶切位点的序列。因此，密码子的实际可选排列组合数将是一个天文数字，这迫切需要使用计算机辅助的方式对密码子进行设计优化，以提高mRNA序列的结构紧密性、转录稳定性及翻译效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术中的不足，而提供一种在mRNA密码子优化的 DFA图中实现Motif序列约束的方法，该方法隐式地将约束加入到密码子优化的过程中，能够避免大量的无效计算从而提升设计效率。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0006]提供一种在mRNA密码子优化的DFA图中实现Motif序列约束的方法，包括以下步骤：
[0007]步骤A、在DFA图中定位Motif子图的位置，以获得Motif子图所属的边的序列；
[0008]步骤B、对局部的DFA图进行扩展，将Motif子图与其余部分进行分离；
[0009]步骤C、删除独立出来Motif子图，即在DFA图中删除相应的边和游离的顶点；
[0010]步骤D、重复以上步骤，直至Motif子图完全删除。
[0011]上述技术方案中，步骤A中，在DFA图中搜索定位Motif子图，其搜索的步骤为：
[0012]A1、从DFA图的初始节点即mRNA最左边部分出发；
[0013]A2、以深度递归的方式匹配DFA图边上的属性与Motif的碱基；
[0014]A3、依次遍历DFA图中的每一条边，直至返回匹配的边的序列，或是报告搜索失败。
[0015]上述技术方案中，步骤B中，对局部的DFA图进行扩展的步骤为：
[0016]B1、从获取的匹配Motif子图出发，分别以从后往前和从前往后的方式依次遍历每一个边，检查前后顶点的分支情况而采取不同的图修改方式，包括以下几种情况：
[0017](1)从后往前的情况：顶点的入度等于1、出度大于1，表明Motif子图的本顶点与其他子图共享了顶点，需要进行扩展；具体做法为新建一个顶点，连接原顶点的前后顶点，复制相应的边的属性，并且删除原出射边，最后更新Motif子图所在的边的序列，如图2所示；
[0018](2)从前往后的情况：顶点的入度大于1、出度大于等于1，表明Motif子图的本顶点与其他子图共享了顶点，需要进行扩展；具体做法为新建一个顶点，连接原顶点的前后顶点，复制相应的边的属性，并且删除原入射边，最后更新Motif子图所在的边的序列，如图3所示：
[0019]B2、循环执行步骤B1，直至没有发现需要修改图的情况发生。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021]本专利技术的一种在mRNA密码子优化的DFA图中实现Motif序列约束的方法，包括步骤A、在DFA图中定位Motif子图的位置；步骤B、对局部的DFA图进行扩展；步骤C、删除独立出来Motif子图；步骤D、重复执行步骤A，直至Motif子图完全删除。由于该过程避免了显式地对候选密码子进行排列组合，而是将约束隐含在DFA 图的路径之中，即在密码子优化的动态规划算法(复杂度O(n3))的计算之前对DFA 图进行处理，这样相比在密码子优化后通过过滤剔除不符合约束的Motif序列的方案，能够避免密码子排列组合所需的大量后期处理的计算量，从而大大提升了设计效率。由此，本专利技术的方法直接避免了计算优化过程进入到无效的解空间，在不明显增加计算量的同时，隐式地将约束加入到密码子优化的过程中，可以支持任意数量和长度的 Motif序列，从而为实现工艺上可行的mRNA药物设计方案尤其是长序列的mRNA 密码子设计提供了计算时间上可行有效的解决手段。
附图说明
[0022]利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0023]图1为本专利技术的一种在mRNA密码子优化的DFA图中实现Motif序列约束的方法的流程图。
[0024]图2为本专利技术实施例1的步骤B1中以从后往前的方式对局部的DFA图进行扩展的示意图。
[0025]图3为本专利技术实施例1的步骤B1中以从前往后的方式对局部的DFA图进行扩展的示意图。
[0026]图4为本专利技术实施例2的多肽MLP的mRNA优化所需要的DFA图。
[0027]图5为本专利技术实施例2的多肽MLP的mRNA被优化后的DFA图。
具体实施方式
[0028]实施例1。
[0029]一种在mRNA密码子优化的DFA图中实现Motif序列约束的方法，包括以下步骤：
[0030]步骤A、在DFA图中定位Motif子图的位置，以获得Motif子图所属的边的序列；
[0031]步骤B、对局部的DFA图进行扩展，将Motif子图与其余部分进行分离；
[0032]步骤C、删除独立出来Motif子图，即在DFA图中删除相应的边和游离的顶点；
[0033]步骤D、重复以上步骤，直至Motif子图完全删除。
[0034]上述技术方案中，步骤A中，在DFA图中搜索定位Motif子图，其搜索的步骤为、
[0035]A1、从DFA图的初始节点即mRNA最左边部分出发；
[0036]A2、以深度递归的方式匹配DFA图边上的属性与Motif的碱基；
[0037]A3、依次遍历DFA图中的每一条边，直至返回匹配的边的序列，或是报告搜索失败。
[0038]上述技术方案中，步骤B中，对局部的DFA图进行扩展的步骤为：
[0039]B1、从获取的匹配Motif子图出发，分别以从后往前和从前往后的方式依次遍历每一个边，检查前后顶点的分支情况而采取不同的图修改方式，包括以下几种情况：
[0040](1)从后往前的情况：顶点的入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在mRNA密码子优化的DFA图中实现Motif序列约束的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A、在DFA图中定位Motif子图的位置，以获得Motif子图所属的边的序列；步骤B、对局部的DFA图进行扩展，将Motif子图与其余部分进行分离；步骤C、删除独立出来Motif子图，即在DFA图中删除相应的边和游离的顶点；步骤D、重复以上步骤，直至Motif子图完全删除。2.根据权利要求1所述的一种在mRNA密码子优化的DFA图中实现Motif序列约束的方法，其特征在于：步骤A中，在DFA图中搜索定位Motif子图，其搜索的步骤为：A1、从DFA图的初始节点即mRNA最左边部分出发；A2、以深度递归的方式匹配DFA图边上的属性与Motif的碱基；A3、依次遍历DFA图中的每一条边，直至返回匹配的边的序列，或是报告搜索失败。3.根据权利要求2所述的一种在mRNA密码子优化的DFA...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏苗仁，葛虎，
申请(专利权)人：北京中大唯信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：