[發(fā)明專利]定量計算RNA口袋拓撲特征和形狀分類的方法

有效

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• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113096721B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙蘊杰;周婷
• 申請（專利權(quán)）人: 華中師范大學
• 主分類號: G16B15/00
• 分類號: G16B15/00;G16B15/30;G16B40/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 肖明洲

本發(fā)明公開了一種分定量計算RNA口袋拓撲特征和形狀分類的方法，屬于靶向RNA藥物設(shè)計的研發(fā)領(lǐng)域。本發(fā)明方法第一步是創(chuàng)建口袋的坐標文件。第二步是計算其轉(zhuǎn)動慣量張量，得到對角化轉(zhuǎn)動慣量張量的對角元。第三步是作出口袋的形狀空間圖，通過將兩個RNA口袋拓撲描述符投影到二維平面上直觀地顯示RNA口袋的形狀。第四步是將口袋按空間結(jié)構(gòu)的幾何拓撲形狀進行分類。第五步是計算口袋拓撲形狀的相似性。本發(fā)明方法解決了目前無法定量計算RNA口袋拓撲結(jié)構(gòu)與分析其結(jié)構(gòu)特征的難題，對特異性靶向RNA藥物的開發(fā)有重要的作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于靶向RNA藥物設(shè)計的研發(fā)領(lǐng)域，特別涉及一種定量計算RNA口袋拓撲特征和形狀分類的方法。

背景技術(shù)

RNA是遺傳信息和蛋白質(zhì)的載體，是人類生命活動中不可缺少的生物大分子。RNA與許多疾病及其治療相關(guān)，例如新霉素與tat-RNA的結(jié)合抑制了HIV tat蛋白與之結(jié)合，從而抑制了HIV病毒的復(fù)制。除此外，核黃素通過靶向核黃素核糖開關(guān)起到抗菌作用。核苷酸類似物與新冠病毒RNA聚合酶的結(jié)合抑制了聚合酶的活性，從而可能發(fā)展為潛在藥物。

RNA通過與其他分子相互作用來調(diào)節(jié)多種生物功能。目前已經(jīng)認識到超過70％的人類基因組被轉(zhuǎn)錄成非編碼RNA。相比之下，1.5％的人類基因組編碼蛋白質(zhì)，只有0.05％的人類基因組被確定為藥物開發(fā)的靶蛋白。人類可能產(chǎn)生超過15000個長的非編碼RNA，非編碼RNA是疾病治療的重要潛在藥物靶點。識別和分析RNA特異性結(jié)合口袋是RNA靶向藥物開發(fā)的基礎(chǔ)。然而，目前沒有定量計算與精確分析RNA口袋空間結(jié)構(gòu)拓撲構(gòu)象與特征的方法，制約了RNA相關(guān)的藥物設(shè)計與開發(fā)。因此，亟需一種定量計算RNA口袋拓撲特征和形狀分類的新方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種定量計算RNA口袋拓撲特征和形狀分類的方法，對RNA相關(guān)的藥物設(shè)計有重要意義。本發(fā)明開發(fā)了一種更簡單的描述RNA口袋形狀的方法即RPDescriptor，在分析RNA口袋的形狀時，本發(fā)明可以用歸一化主轉(zhuǎn)動慣量比即NPRs得到RNA口袋的形狀空間；NPRs是一種通過將由主慣性矩即PMI，計算的兩個描述符投影到二維平面上直觀地顯示三維分子形狀的方法。RPDescriptor的步驟如下：

S1、創(chuàng)建口袋的坐標文件

由Chimera將MRC格式的口袋結(jié)構(gòu)文件轉(zhuǎn)換為通用數(shù)據(jù)格式即NetCDF。NetCDF中存儲的數(shù)據(jù)是一個具有多個自變量的單值函數(shù)；

當具有多個自變量的單值函數(shù)取“口袋1Y26_1”時(以口袋1Y26_1為例)，在NetCDF格式里，口袋1Y26_1被讀取為23*31*27大小的格點，格點被均分為19251(23*31*27)個邊長為的網(wǎng)格，每個網(wǎng)格的位置由三維坐標(i，j，k)編碼，網(wǎng)格函數(shù)值公式如下：

口袋整體結(jié)構(gòu)則是由值為1的網(wǎng)格組成，為了構(gòu)建口袋坐標，采用如下的算法：如果F(i，j，k)＝1，記錄網(wǎng)格中心點的坐標，(i+0.5，j+0.5，k+0.5)，所有這樣的坐標就構(gòu)成1Y26_1的口袋坐標文件。

S2、計算其轉(zhuǎn)動慣量張量，得到對角化轉(zhuǎn)動慣量張量的對角元

根據(jù)如下公式，能計算出口袋的轉(zhuǎn)動慣量張量，進一步得到對角化轉(zhuǎn)動慣量張量且大小按升序排列的對角元(I₁₁,I₂₂,I₃₃)，以及rpd₁、rpd₂。

S3、作出口袋空間結(jié)構(gòu)的拓撲形狀空間圖