If you can't read please download the document
Upload
truongkiet
View
221
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Rozprawa doktorska p.t.:
ModeRNA:
program komputerowy do przewidywania struktury
trzeciorzdowej RNA z zastosowaniem podejcia
modelowania homologicznego
Magdalena Rother
Pracownia Bioinformatyki
Instytut Biologii Molekularnej i Biotechnologii
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza
Pozna
Promotor: prof. dr hab. Janusz M. Bujnicki
Pracownia Bioinformatyki
Instytut Biologii Molekularnej i Biotechnologii
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza
Pozna
Pracownia Bioinformatyki i Inynierii Biaka
Midzynarodowy Instytut Biologii Molekularnej i Komrkowej
Warszawa
Pozna 2012
Podzikowania
Dzikuj mojemu promotorowi prof. dr hab. Januszowi M. Bujnickiemu
za niezwykle ciekawy okres studiw doktoranckich pod jego opiek.
Dzikuj Dziekanowi Wydziau Biologii prof. dr hab. Bogdanowi Jackowiakowi
oraz Dyrektorce Instytutu Biologii Molekularnej i Biotechnologii prof. dr hab. Zofii
Szweykowskiej-Kuliskiej za pomoc i wsparcie. Dzikuj Radzie Wydziau Biologii UAM
za przeprowadzenie mojego przewodu doktorskiego oraz dr Karolinie Stefaniak za cenne
rady i wskazwki.
Dzikuj prof. dr hab. Arturowi Jarmoowskiemu i prof. dr hab. Ryszardowi
W. Adamiakowi za czas powicony na recenzowanie niniejszej pracy.
Dzikuj prof. dr hab. Jordi Villa i Freixa i dr Raulowi E. Alcantara
oraz mgr Ignasio Buchowi za okazan gocinno.
Dzikuj wspautorom projektu ModeRNA. Mgr Tomaszowi Putonowi
za testowanie programu oraz przygotowanie funkcji find_clashes. Dr Kristianowi Rother
za przygotowanie czci testowej programu i funkcji fix_backbone. Mgr Kai Milanowskiej
za przygotowanie interfejsu Django serwera ModeRNA. Lic. Pawowi Skibie za prac nad
wstpn wersj moduu do modelowania izosterycznych par zasad. Lic. Jarosawowi
Jeleniewiczowi dzikuj za przygotowanie bazy struktur szablonw.
Prof. dr hab. Januszowi M. Bujnickiemu za wyznaczenie gwnych cech programu
ModeRNA.
Dzikuj mgr Kai Milanowskiej oraz mgr Tomaszowi Putonowi za opinie i uwagi
merytoryczne oraz redakcyjne na temat niniejszej pracy.
Dzikuj adiunktom, doktorantom, magistrantom i licencjuszom Pracowni
Bioinformatyki, z ktrymi miaam zaszczyt wsppracowa. W szczeglnoci dr Annie
Czerwoniec, dr Kristianowi Rotherowi, mgr Joannie Kasprzak, mgr Kai Milanowskiej,
mgr Annie Philips, mgr Tomaszowi Putonowi, lic. Pawowi Skibie, mgr Katarzynie
Mikoajczak, mgr Marcinowi Skorupskiemu, mgr Ewie Bielskiej, mgr Annie ukasik,
mgr Zuzannie Balcer, mgr Xavierowi Lucasowi i lic. Mateuszowi Koryciskiemu
za wspania atmosfer w pracy oraz ciekawe dyskusje, zarwno naukowe jak i prywatne.
Dzikuj koleankom i kolegom z Instytutu Biologii Molekularnej i Biotechnologii,
Wydziau Biologii UAM oraz Pracowni Inynierii Biaka za wymiany pogldw na temat
projektu ModeRNA, pracy naukowej i ycia, ktre pomagay mi rozwija si, jako
czowiekowi i naukowcowi w okresie studiw doktoranckich. W szczeglnoci dzikuj
dr Agnieszce Obarskiej-Kosiskiej, dr Elizie Gowskiej, dr Ewie Wywia, dr Michaowi
Bonieckiemu, dr Janowi Kosiskiemu, dr Wojciechowi Potrzebowskiemu,
mgr Natalii Osten-Sacken, mgr Halinie Pietrykowskiej, mgr Juliuszowi Stasiewiczowi
i mgr Irinie Tuszyskiej.
Dzikuj moim rodzicom, Boenie i Bogusawowi Musielak za wychowanie,
a w szczeglnoci za to, e nauczyli mnie wytrwale dy do celu. Dzikuj rwnie siostrze
Annie Musielak za wiar w moje moliwoci i okazane wsparcie.
Dzikuj mojemu mowi Kristianowi Rotherowi za to, e uczestniczy ze mn
nie tylko w sukcesach, ale rwnie wspiera mnie w trudnych chwilach. Dzikuj rwnie
naszemu synowi Wojtkowi Rotherowi, ktry cierpliwie dzieli mam z jej prac doktorsk.
Spis treci
1. Wstp .................................................................................................................................. 1
1.1. Budowa i funkcja RNA ............................................................................................... 3
1.2. RNA w nauce i medycynie ........................................................................................ 14
1.3. Sposoby ustalania struktury przestrzennej RNA ....................................................... 18
1.4. Opis problemu ........................................................................................................... 26
2. Cel pracy .......................................................................................................................... 27
3. Materiay .......................................................................................................................... 28
3.1. Pliki ze wsprzdnymi pooenia atomw struktur RNA ........................................ 28
3.2. Przyrwnania sekwencji tRNA ................................................................................. 29
4. Metody ............................................................................................................................. 31
4.1. Modelowanie homologiczne ...................................................................................... 31
4.2. Narzdzia programistyczne ....................................................................................... 33
4.3. Miary wykorzystane do ewaluacji modeli ................................................................. 38
4.4. Programy zewntrzne ................................................................................................ 41
5. Wyniki .............................................................................................................................. 43
5.1. Modelu homologicznego z programem ModeRNA .................................................. 43
5.2. Operacje zaimplementowane w programie ModeRNA ............................................. 46
5.3. Uycie programu ModeRNA ..................................................................................... 72
5.4. Architektura programu ModeRNA ............................................................................ 83
5.5. Modele zbudowane przy uyciu programu ModeRNA ............................................. 90
5.6. Program MARS do ewaluacji jakoci modeli RNA .................................................. 96
6. Dyskusja ........................................................................................................................... 99
6.1. Porwnanie programu ModeRNA z innymi metodami ............................................. 99
6.2. Ograniczenia i mocne strony programu ModeRNA ................................................ 107
6.3. Wybr szablonu i przygotowanie przyrwnania ..................................................... 111
6.4. Biblioteka fragmentw ............................................................................................ 114
6.5. Program MARS ....................................................................................................... 119
6.6. Perspektywy rozwoju programu ModeRNA ........................................................... 121
6.7. Wnioski .................................................................................................................... 123
7. Zacznik ........................................................................................................................ 125
7.1. Kod programu ModeRNA (CD) .............................................................................. 125
7.2. Wykaz identyfikatorw wykorzystanych plikw PDB ........................................... 125
7.3. Przyrwnanie 99 sekwencji tRNA .......................................................................... 126
Bibliografia ............................................................................................................................. 132
Spis rycin ................................................................................................................................ 142
Spis table ................................................................................................................................ 146
Finansowanie
Rozwj oprogramowania ModeRNA by finansowany przez:
Wydzia Biologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu (grant PBWB-
03/2009 dla M.R.).
Polskie Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyszego (grant HISZPANIA/152/2006
dla J.M.B.).
Szsty Program Ramowy Komisji Europejskiej (Europejska Nagroda dla Modego
Naukowca w ramach sieci EURASNET Europejska Sie Splicingu Alternatywnego,
LSHG-CT-2005-518238 dla J.M.B.).
Rozwj serwera ModeRNA by finansowany przez:
Fundacj na rzecz Nauki Polskiej (grant TEAM/2009-4/2 dla J.M.B.).
Publikacje wynikajce z pracy
Rother, M., Rother, K., Puton, T. and Bujnicki, J.M. (2011) ModeRNA: a tool for
comparative modeling of RNA 3D structure, Nucleic Acids Res, 39, 4007-4022.
Musielak, M., Rother, K., Puton, T. and Bujnicki, J.M. (2010) ModeRNA builds RNA
3D Models from Template Structures, ERCIM News, 82, 19-20.
Rother, M., Milanowska, K., Puton, T., Jeleniewicz, J., Rother, K. and Bujnicki, J.M.
(2011) ModeRNA server: an online tool for modeling RNA 3D structures, Bioinformatics,
27 (17), 2441-2.
Rother, M., Rother, K., Puton, T. and Bujnicki, J.M. (2011) RNA tertiary structure
prediction with ModeRNA, Brief Bioinform, 12, 601-613.
1
1. Wstp
Kwas rybonukleinowy (R