Mittwoch, 18.04.2001, 11:15, HG Ziegenledersaal, Felix-Klein-Hörsaal HG 4-24

Prof. Dr. Peter Stadler

Institut für Theoretische Chemie und Molekulare Strukturbiologie

Universität Wien

Santa Fe Institute

"Konservierte Sekundärstruktur-Elemente in Viralen RNA Molekülen"

Abstract:

Praktisch alle RNA Moleküle bilden sowohl in in vivo als auch in vitro characteristische Sekundärstrukturen. Detaillierte Untersuchungen der Sequenz-Struktur Abbildung von RNA zeigen, dass Sekundärstrukturen sehr anfällig gegen Mutationen sind. Insbesonderes erwartet man, dass zwei Sequenzen mit weniger als ca. 90% Sequenzidentität keine gemeinsamen Strukturelemente aufweisen. Das Auftreten gemeinsamer Strukturmerkmale in der Gegenwart von merklichen Sequenzheterogenitäten muss daher als Anzeichen für positive Selektion, und daher Funktionalität des Strukturelements gewertet werden.

Diese Überlegungen zeigen, dass funktionell wichtige RNA Strukturen alleine auf Grund von Sequenzdaten aufgefunden werden können sofern ein moderate Anzahl von (etwa 8-10) homologen Sequenzen vorliegt. Die Methode beruht auf einer Kombination von RNA Strukturvorhersage auf der Basis von thermodynamischen Regeln und der Analyse von Sequenz-Kovariationen, die so ausgelegt ist, dass nur die konservierten Sekundärstruktur-Anteile berechnet werden. Mehrere Varianten sind hier möglich: die Berechnung der Struktur minimaler Energie (oder des Gleichgewichtsensembles) jeder einzelnen Sequenz und nachfolgende Analyse der Sequenz-Kovariationen, oder ``Alignment-Faltung''. Die Methode funktioniert gut sofern die paarweisen Sequenz-Identitäten zwischen 40 und 90 Prozent liegen, und zumindet ca. 8 Sequenzen vorhanden sind. Die zugehörige Software - Teil des Vienna RNA Package - kann fü vollständige virale RNA Genome, mit Längen bis zu mindestens 15000nt angwendet werden.

Anwendungen auf virale Genome bestätigen nicht nur die bekannten, experimentell verifizierten, Sekundärstrukturen wie zB TAR und RRE in HIV, die IRES Strukturen in Picornaviren, Hepatitis C Viren, und anderen Virus Gruppen, sondern zeigen auch eine beträchtliche Zahl von konservierten Strukturelementen, die bis jetzt in der Literatur nicht beschrieben waren. Andererseits zeigt sich, dass in einigen Fällen nur Teile der bekannten Strukturelemente tatsächlich konserviert sind, während andere Teile beträchtliche strukturelle Variabilität aufweisen.