Псевдоузел — это вторичная структура нуклеиновой кислоты , содержащая по крайней мере две структуры стебель-петля , в которых половина одного стебля вставлена между двумя половинами другого стебля. Псевдоузел был впервые обнаружен в вирусе желтой мозаики репы в 1982 году. [2] Псевдоузлы складываются в трехмерные конформации в форме узлов, но не являются истинными топологическими узлами . Эти структуры классифицируются как перекрестная (X) топология в рамках топологии контура , которая, в отличие от теории узлов, является подходом, основанным на контактах.
Структурная конфигурация псевдоузлов не очень хорошо подходит для биовычислительного обнаружения из-за своей контекстно-зависимой или «перекрывающейся» природы. Спаривание оснований в псевдоузлах не является хорошо вложенным; то есть пары оснований встречаются так, что «перекрывают» друг друга в позиции последовательности. Это затрудняет прогнозирование наличия псевдоузлов в последовательностях РНК стандартным методом динамического программирования , который использует рекурсивную систему подсчета для идентификации парных основ, и, следовательно, большинство из них не может обнаружить невложенные пары оснований. Более новый метод стохастических контекстно-свободных грамматик страдает от той же проблемы. Таким образом, популярные методы прогнозирования вторичной структуры, такие как Mfold и Pfold, не будут предсказывать структуры псевдоузлов, присутствующие в последовательности запроса; они будут только определять более стабильные из двух основ псевдоузлов.
Можно идентифицировать ограниченный класс псевдоузлов с помощью динамического программирования, но эти методы не являются исчерпывающими и масштабируются хуже в зависимости от длины последовательности, чем алгоритмы без псевдоузлов. [3] [4] Было показано, что общая задача предсказания структур с наименьшей свободной энергией с помощью псевдоузлов является NP-полной . [5] [6]
Несколько важных биологических процессов зависят от молекул РНК, которые образуют псевдоузлы, которые часто являются РНК с обширной третичной структурой . Например, область псевдоузла РНКазы P является одним из наиболее консервативных элементов во всей эволюции. Компонент РНК теломеразы содержит псевдоузел, который имеет решающее значение для активности, [1] и несколько вирусов используют структуру псевдоузла для формирования мотива, подобного тРНК, для проникновения в клетку-хозяина. [7]
Существует много типов псевдоузлов, различающихся по тому, как они пересекаются и сколько раз они пересекаются. Чтобы отразить это различие, псевдоузлы классифицируются на типы H, K, L, M, причем каждый последующий тип добавляет слой ступенчатой интеркаляции. Например, простой пример теломераза P2b-P3 в статье является псевдоузлом H-типа. [8]
Вторичная структура РНК обычно представлена в виде записи «точка-скобка», где круглые скобки ()обозначают пары оснований в стебле, а точки обозначают петли. Прерванные стебли псевдоузлов означают, что такая запись должна быть расширена дополнительными скобками или даже буквами, чтобы можно было представить различные наборы стеблей. Одно из таких расширений использует, в порядке вложения, ([{<ABCDEдля открытия и edcba>}])для закрытия. [9] Структура для двух (немного различающихся) примеров теломеразы в этой записи выглядит следующим образом:
(((.(((((......)))).))). ....]]]]]].рисунок 1 CGCGCGCUGUUUUUCUCGCUGACUUUCAGCGGGCGA---AAAAAAAUGUCAGCU 50ВЫРОВНЯТЬ |.||||||||||||||||||||||||| .|.| |||||| ||||||.1ymo 1 ---GGGCUGUUUUUCUCGCUGACUUUCAGC--CCCAACAAAAAA-GUCAGCA 47 ((((((.......)))))) )).......]]]]]].
Обратите внимание, что U-образная выпуклость на конце обычно присутствует в теломеразной РНК. Она была удалена в модели раствора 1ymo для повышения стабильности псевдоузла. [10]