【技术实现步骤摘要】
专利技术涉及计算机辅助生物分子设计领域，具体涉及一种基于分子动力学模拟的粗粒化实现预测环状rna三维结构的方法。
技术介绍
1、作为“线性mrna 2.0”的环状mrna凭借稳定性强、免疫原性低等诸多优点被nature杂志预言是下一代重磅药物。因为环状mrna具有较高的稳定性和抗降解能力，可以在体内长时间存在，并持续产生所编码的蛋白质（中国专利技术专利2023110345623，一种环状 mrna药物递送系统；中国专利技术专利2022104221991用于病毒感染所致癌症的环形mrna疫苗开发平台；中国专利技术专利2022101147883一种开发肿瘤免疫类药物的环形rna技术平台；中国专利技术专利2022101149554一种环状rna分子及应用；中国专利技术专利2022101310669一类结直肠癌的环状mrna肿瘤免疫类药物）。相比传统的蛋白质疗法，环状mrna可以提供更持久的治疗效果。与此同时，环状mrna的治疗性蛋白表达功能是模块化和可编程的（中国专利技术专利2023108282537，一种智造环状 rna 药物的数字孪生平台；中国专利技术专利2023104818780，一种用于可编程药物的肿瘤数字孪生平台；中国专利技术专利202310571620x，一种判断致癌因素的人工智能工作站）。只要替换编码蛋白的序列，它就可以指挥细胞生成不同的肽、酶、抗体、通道和受体。众所周知，结构是功能的基础。环状rna的独特三维构象决定了其分子行为。如果设想能通过预测环状rna的三维结构，从而对环状mrna的模块化组装和编程进行指导（中国
2、目前，用于预测线性rna三维结构的方法有：比较基因组学方法、基于机器学习的方法、分子动力学模拟方法、基于二级结构的方法（nucleic acids research, 2016:gkw973；structure, 2020,28(8): 963-976；plos one，2014, 9(9): e107504；bioinformatics, 2022，38(16): 4042-4043；methods，2016，103: 120-127；computational and structural biotechnology journal, 2020，18: 2416-2423；rna，2009，15(2)：189-199；bioinformatics, 2008，24(17): 1951-1952；nucleic acidsresearch，2016，44(7)：e63； journal of chemical theory and computation, 2018，14(4)：2230-2239；journal of chemical theory and computation，2021，17(3)： 1842-1857；the journal of physical chemistry b，2021，125(43)：11907-11915）。但是，由于环状rna的特殊结构和折叠机制，以上这些预测算法在处理不同类型的环状rna时表现出显著差异，导致目前对环状rna三维结构的预测尚未达到理想的精确性和可靠性水平。因此，非常有必要开发具有较高精确性和可靠性的环状rna三维结构预测方法。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的预测精度缺陷以及用于环状rna三维结构预测解决方案过于单一的问题，本专利技术提供了一种基于分子动力学模拟的粗粒化实现预测环状rna三维结构的方法。
2、本专利技术是这样实现的。
3、一种预测环状rna三维结构的方法，包括有以下步骤：
4、第一步，获得需要预测三维结构的环状rna的序列信息；
5、第二步，使用crnasp12 （网址：http://xxulab.org.cn/crnasp12/）来预测环状rna的包括有自由能的以点括号形式表示的二级结构的信息和折叠稳定性；
6、第三步，将所述第一步中的环状rna的序列和所述第二步获得的自由能最低的点括号表示的二级结构作为输入文件，通过rnacomposer工具（网址：http://rnacomposer.ibch.poznan.pl/）来预测环状rna的三维初始结构模型；
7、第四步，将所述第一步中的环状rna的序列、所述第二步获得的括号形式所代表的二级结构的信息以及所述第三步获得的三维初始结构模型作为输入文件，输入isrnacirc中；
8、第五步，对所述第四步输入isrnacirc（iterative simulatedmethod forpredictingcircular rnas 3d structures）中的环状rna的初始三维结构模型的两个末端进行连接，并通过提升模拟的温度来初步消除由模板的方法预测出的不合理的结构，同时在模拟退火的过程中逐渐加强3'末端和5'末端的连接，随后再对模拟退火过程中的构象系综进行聚类；
9、第六步，采用10个在260 - 480 k之间的温度对第五步中聚类得到结果进行副本交换分子动力学模拟，根据两两之间均方根偏差（rmsd）对收集到的快照中势能最低的前10%的结构进行聚类，同时将排名前五的粗粒化的环状rna三维结构进行全原子重构工作，以便用户进行可视化操作;
10、第七步，采用qrnas（网址：https://bmcstructbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12900-019-0103-1）进行对所述第六步获得的环状rna三维结构进行精细化处理；
11、第八步，采用两种基于知识的打分函数rsrnasp（网址：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s0006349521009851）和dfire-rna（网址：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31638408/）
12、来对第七步精细化的环状rna三维结构模型进行打分，并与基于模板的3drna（网址：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s2001037020303706）预测方法所预测出的结果进行预测精度的比较。
13、 进一步地，本专利技术所述的环状rna三维结构模型构建过程中采用了粗粒化模型。因为对于大型 rna结构模型需要进行长时间模拟，对基于全原子模拟的计算方法来说具有挑战性。为了应对这些困难，先前已经有许多研究者创建了各种粗粒化模型（frontiers inmolecular biosci本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种预测环状RNA三维结构的方法，其特征在于，所述方法包括有以下步骤：
2.根据权利要求1所述的预测环状RNA三维结构的方法，其特征在于，所述的环状RNA三维结构模型构建过程中采用粗粒化模型。
3. 根据权利要求1所述的一种预测环状RNA IRES的方法，其特征在于，所述的IsRNAcirc是基于预测线性RNA三维结构的IsRNA2软件进行开发的。
4. 根据权利要求1所述的一种预测环状RNA IRES的方法，其特征在于，所述IsRNAcirc预测环状RNA三维结构过程中需要将所述需要预测三维结构的环状RNA的序列信息和二级结构信息放置在同一个文件中。
5. 根据权利要求1所述的一种预测环状RNA IRES的方法，其特征在于，所述IsRNAcirc的标准输出包括有标准版的PDB格式的所预测的环状RNA的三维结构模型、进行副本交换分子动力学模拟的轨迹文件、环化和运行模拟的日志文件。
6. 根据权利要求1所述的一种预测环状RNA IRES的方法，其特征在于，所述IsRNAcirc预测环状RNA三维结构的运行时间在300小
...【技术特征摘要】
1.一种预测环状rna三维结构的方法，其特征在于，所述方法包括有以下步骤：
2.根据权利要求1所述的预测环状rna三维结构的方法，其特征在于，所述的环状rna三维结构模型构建过程中采用粗粒化模型。
3. 根据权利要求1所述的一种预测环状rna ires的方法，其特征在于，所述的isrnacirc是基于预测线性rna三维结构的isrna2软件进行开发的。
4. 根据权利要求1所述的一种预测环状rna ires的方法，其特征在于，所述isrnacirc预测环状rn...
【专利技术属性】
技术研发人员：童云广，张冬，周如鸿，徐玉莲，姜浩林，
申请(专利权)人：奥明杭州生物医药有限公司，
类型：发明
国别省市：
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