title: Seeing secondary, sampling tertiary
Creators: name: Kerpedjiev, Peter
Publisher: name: :none
Year: 2016

description: Die vorliegende Dissertation umfasst zwei übergeordnete Schwerpunkte, die Vorhersage von RNA-Tertiärstruktur und die Visualisierung von Sekundärstruktur. Der erste Schwerpunkt, ein coarse-grainedModell derRNA-Tertiärstruktur, ermöglicht die Ensemble-basierte Modellierung der Tertiärstruktur einer RNA, aufbauend auf deren Primär- und Sekundärstruktur. Dieser neue Ansatz bietet, im Gegensatz zu bestehenden Methoden, die Möglichkeit rasch eine Vielzahl von Strukturen für spätere Analysen zu generieren. Ziel ist es, ausgehend von einer RNA-Sekundärstruktur, den sich ergebenden Konformationsraum größtmöglich zu erkunden. Die Ergebnisse zeigen, dass die entwickelte Methode einen bedachtem Schritt in die richtige Richtung darstellt. Die Strukturvorhersagen sind qualitativ vergleichbar mit Ergebnissen wesentlich komplexerer Ansätze. Die Methode generiert in einem Bruchteil der Zeit eine große Anzahl an Strukturen. Diese Strukturen sind konsistent mit Deskriptoren globaler RNAStruktur, abgeleitet aus nativen RNA-Strukturen. Die vorhergesagten Strukturen eignen sich prinzipiell hervorragend als Ausganspunkt für weitere Analysen und sollen Experimenten wie Förster Resonance Energy Transfer (FRET) oder Atomic Force Microscopy (AFM) als hilfreiche Untermauerung ihrer Ergebnisse dienen. Der zweite Schwerpunkt, ein Visualisierungstool, zielt auf die einfache Darstellung von RNA-Sekundärstrukturen ab. Obwohl für diesen Zweck bereits Tools entwickelt wurden, sticht die hier vorgestellte Neuentwicklung durch die Freiheit von jeglichen Software-Dependencies, Browser- Integration und eine Reihe von neuen Features hervor. So ist es möglich mit der Applikation in innovativer, attraktiver und einleuchtenderWeise cotranksriptionelles Falten darzustellen, was zukünftigen Forschern die Verschiedenheit der dabei potentiell involvierten Strukturen elegant verständlich macht. Aufbauend auf jener Darstellungsweise, wurde das klassische Layout zur Visualisierung von Basenpaar-Wahrscheinlichkeiten, der Dot-Plot, auf eine Darstellung übertragen welche sich im Rahmen einer leicht verständlichen Sekundärstruktur mit allen relevanten Basenpaaren bewegt. Dieser Teil ist direkt mit der Tertiärstrukturvorhersage verbunden, da gezeigtwerden konnte dass die flexible Art der Sekundärstruktur- Visualisierung in der Lage ist korrekte und inkorrekte long-range Interactions zu identifizieren.
description: This thesis presents two parallel tracks of research into the prediction of RNA tertiary structure and the display of secondary structure. The first, a coarse-grain model of RNA tertiary structure, provides an ensemble based prediction method for modeling RNA’s tertiary structure given its primary and secondary structure. In contrast with existing methods, it excels at quickly providing a multitude of predictions for use in downstream analysis.We aim to efficiently sample the conformational space that can be explored by a given RNA secondary structure. The results indicate that our work is a cautious step in the right direction. The quality of the predictions are comparable with those from more sophisticated models.We can generate numerous predictions in a relatively short amount of time and our predictions are consistent with the knowledge-based descriptors of global RNA structure derived from native structures.We hope that the conformations we generate can serve as valuable inputs for further downstream analysis corroborating evidence from experiments such as Förster resonance energy transfer (FRET) and atomic force microscopy (AFM). The second, a visualization tool, aims to simplify the display of RNA secondary structures.While a number of tools exist for this purpose, ours is dependency free, accessible from any browser-equipped computer and offers a number of features not found in any other software. We have used our implementation to provide innovative, attractive, and revealing depictions of cotranscriptional folding which allow researchers to better understand the variety of structures which may potentially form as an RNA is being transcribed.This same layout was used to re-imagine the traditional dot-plot layout for displaying base pair probabilities and supplement it with a relevant and easily understandable depiction of the RNA structures that these base pairs are found in.We tie this second section back to the tertiary structure prediction work by showing how a flexible method for displaying secondary structure can be used to diagnose correctly and incorrectly predicted long range interactions in tertiary structures.