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        三維治療疾病   超級計算機有助于解碼RNA結構
        
			
        
				2018-12-25 10:44:26
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        治愈癌癥，艾滋病毒和其他頑固疾病已經(jīng)回避了幾代人最聰明的頭腦。但隨著超級計算機 - 可以計算，分析和可視化極大量數(shù)據(jù)的計算系統(tǒng) - 研究人員正在爭取更好的治療和治療。美國國家癌癥研究所(NCI)的研究人員正在美國能源部(DOE)阿貢國家實驗室使用超級計算機，通過加強我們對從根本上與健康和疾病有關的生物聚合物RNA的理解來推進疾病研究。
        

        三維治療疾病   超級計算機有助于解碼RNA結構
        

        通過與Argonne領導計算機構(ALCF)的工作人員合作，研究人員完善了一種能夠準確計算RNA序列三維結構的技術。這種方法依賴于稱為RS3D和Mira的計算機程序 - 世界上第九快的超級計算機 - 為研究人員提供了研究癌癥和其他疾病的相關RNA的結構見解，可用于推進計算機輔助藥物的設計和開發(fā)。
        

        RNA不僅可以作為蛋白質制造的DNA解釋信使，還可以在調節(jié)基因表達方面發(fā)揮多方面的作用 - 例如基因表達的時間，地點和效率。出于這個原因，研究人員正在積極尋求了解新RNA序列的功能。為了獲得完整的圖像，他們需要知道RNA的生物活性形式，這些形式反映在RNA序列產(chǎn)生后折疊成的復雜3-D結構中。
        

        “我們已經(jīng)知道RNA的基本化學基團以及它們是如何組成的，但我們不知道它們采取的構象結構是什么，”Argonne領導計算機構研究員Wei Jiang說道。在項目中領先。“獲得真正的功能結構，即三維結構，很難通過實驗進行，因為RNA聚合物過于靈活，”他說。“這就是我們依賴計算模擬的原因。模擬可以用來探索數(shù)百或數(shù)千種可能的構象狀態(tài)，最終將我們引向最可能的三維結構。”
        

        計算機程序RS3D由國家癌癥研究所研究小組開發(fā)，由研究員Yun-Xing Wang和博士后研究員Yuba Bhandari領導，并由ALCF研究人員優(yōu)化運行Mira; 在擴展RS3D代碼以在Mira的大部分上運行時，Jiang發(fā)揮了核心作用，這顯著改善了其性能。
        

        作為輸入，RS3D使用已知的RNA序列信息和來自小角度X射線散射的實驗數(shù)據(jù)，這種技術基于X射線束產(chǎn)生的散射圖案提供重要的結構信息，例如粒子大小和形狀。應用于目標樣本。通過這些輸入，RS3D輸出RNA的拓撲結構的低分辨率三維圖像，提供最可能的折疊模式。
        

        “由于RNA的生物活性形式是三維結構，從理解RNA的一級序列和二維布局到理解三維形態(tài)是一個很大的墊腳石，它給了我們很多有用的關于生物功能的信息，“該項目的領導者之一Bhandari說。“了解結構基礎為進一步研究各種疾病中的分子相互作用和生物學途徑奠定了基礎。”
        

        研究人員通過使用它來計算結構已知的18種RNA聚合物的三維結構來驗證他們的技術。這些選擇的RNA折疊成各種各樣的結構，代表常見的折疊結構。此外，研究人員使用R3SD以及在高級光子源Argonne的同步加速器光源記錄的實驗數(shù)據(jù)來計算腺嘌呤核糖開關的結構，腺嘌呤核糖開關是一種已知調節(jié)基因表達的RNA 結構。
        

        “這項技術的一個獨特和有利的特點是它完全自動化，這意味著它不需要用戶輸入初始的3-D結構模板來工作。這使得它與執(zhí)行類似計算的其他方法區(qū)別開來， “班達里說。“這有助于我們消除可能通過模板引入的任何潛在限制或偏見，并使整個方法更容易應用。”
        

        研究人員現(xiàn)在正在發(fā)布他們的技術; 此后，源代碼將提供給研究人員。在方法中發(fā)表了題為“使用小角度X射線散射建模RNA拓撲結構”的文章中的計算工作的簡要概述。
        
			

			
          
        
			
        
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