[发明专利]定量计算RNA口袋拓扑特征和形状分类的方法

说明书

本发明公开了一种分定量计算RNA口袋拓扑特征和形状分类的方法，属于靶向RNA药物设计的研发领域。本发明方法第一步是创建口袋的坐标文件。第二步是计算其转动惯量张量，得到对角化转动惯量张量的对角元。第三步是作出口袋的形状空间图，通过将两个RNA口袋拓扑描述符投影到二维平面上直观地显示RNA口袋的形状。第四步是将口袋按空间结构的几何拓扑形状进行分类。第五步是计算口袋拓扑形状的相似性。本发明方法解决了目前无法定量计算RNA口袋拓扑结构与分析其结构特征的难题，对特异性靶向RNA药物的开发有重要的作用。

技术领域

本发明属于靶向RNA药物设计的研发领域，特别涉及一种定量计算RNA口袋拓扑特征和形状分类的方法。

背景技术

RNA是遗传信息和蛋白质的载体，是人类生命活动中不可缺少的生物大分子。RNA与许多疾病及其治疗相关，例如新霉素与tat-RNA的结合抑制了HIV tat蛋白与之结合，从而抑制了HIV病毒的复制。除此外，核黄素通过靶向核黄素核糖开关起到抗菌作用。核苷酸类似物与新冠病毒RNA聚合酶的结合抑制了聚合酶的活性，从而可能发展为潜在药物。

RNA通过与其他分子相互作用来调节多种生物功能。目前已经认识到超过70％的人类基因组被转录成非编码RNA。相比之下，1.5％的人类基因组编码蛋白质，只有0.05％的人类基因组被确定为药物开发的靶蛋白。人类可能产生超过15000个长的非编码RNA，非编码RNA是疾病治疗的重要潜在药物靶点。识别和分析RNA特异性结合口袋是RNA靶向药物开发的基础。然而，目前没有定量计算与精确分析RNA口袋空间结构拓扑构象与特征的方法，制约了RNA相关的药物设计与开发。因此，亟需一种定量计算RNA口袋拓扑特征和形状分类的新方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种定量计算RNA口袋拓扑特征和形状分类的方法，对RNA相关的药物设计有重要意义。本发明开发了一种更简单的描述RNA口袋形状的方法即RPDescriptor，在分析RNA口袋的形状时，本发明可以用归一化主转动惯量比即NPRs得到RNA口袋的形状空间；NPRs是一种通过将由主惯性矩即PMI，计算的两个描述符投影到二维平面上直观地显示三维分子形状的方法。RPDescriptor的步骤如下：

S1、创建口袋的坐标文件

由Chimera将MRC格式的口袋结构文件转换为通用数据格式即NetCDF。NetCDF中存储的数据是一个具有多个自变量的单值函数；

当具有多个自变量的单值函数取“口袋1Y26_1”时(以口袋1Y26_1为例)，在NetCDF格式里，口袋1Y26_1被读取为23*31*27大小的格点，格点被均分为19251(23*31*27)个边长为的网格，每个网格的位置由三维坐标(i，j，k)编码，网格函数值公式如下：

口袋整体结构则是由值为1的网格组成，为了构建口袋坐标，采用如下的算法：如果F(i，j，k)＝1，记录网格中心点的坐标，(i+0.5，j+0.5，k+0.5)，所有这样的坐标就构成1Y26_1的口袋坐标文件。

S2、计算其转动惯量张量，得到对角化转动惯量张量的对角元

根据如下公式，能计算出口袋的转动惯量张量，进一步得到对角化转动惯量张量且大小按升序排列的对角元(I₁₁,I₂₂,I₃₃)，以及rpd₁、rpd₂。

S3、作出口袋空间结构的拓扑形状空间图