NACKACK - NUPACK - Wikipedia

NACKACK
Logo Nupack small.png
VytvořilTým NUPACK na Caltech
URLwww.balení.org
KomerčníNe
RegistraceVolitelný

The Balíček nukleových kyselin (NACKACK) je rostoucí softwarová sada pro analýza a design z nukleová kyselina systémy.[2] Úlohy lze spustit online na NUPACKU webový server nebo NUPACK zdrojový kód lze stáhnout a zkompilovat lokálně pro nekomerční akademické použití.[3] Algoritmy NUPACK jsou formulovány z hlediska sekundární struktury nukleové kyseliny. Většinou, pseudoknoty jsou vyloučeni ze strukturálního souboru.

Model sekundární struktury

Příklad výkresu sekundární struktury (vlevo) a odpovídající graf polymeru (vpravo). Páteřní kosti jsou znázorněny silnými barevnými čarami a základy a páry základen jsou reprezentovány tenkými černými čarami.

The sekundární struktura více interagujících řetězců je definován seznamem základní páry.[4] Polymerní graf pro sekundární strukturu lze sestrojit uspořádáním pramenů kolem kruhu, postupným tažením páteřních kostí od 5 'do 3' po obvodu s mezerou mezi každým pramenem a nakreslením přímek spojujících spárované základny. Sekundární struktura je pseudoknotted pokud každé uspořádání řetězců odpovídá polymernímu grafu s křížením čar. Sekundární struktura je připojena, pokud žádná podmnožina pramenů není prostá ostatních. Algoritmy jsou formulovány v termínech uspořádaných komplexů, z nichž každý odpovídá strukturálnímu souboru všech připojených polymerních grafů bez křížení pro konkrétní uspořádání sady řetězců. Volná energie pseudokontaktované sekundární struktury se vypočítá pomocí empirických parametrů nejbližšího souseda pro RNA v 1M Na +[5][6] nebo pro DNA v uživatelem specifikovaných koncentracích Na + a Mg ++;[7][8][9] přidané parametry se používají pro analýzu pseudoknotů (pouze jednotlivé řetězce RNA).[10][11]

webový server

Analýza

Stránka Analýza umožňuje uživatelům analyzovat termodynamické vlastnosti zředěného roztoku interagujících řetězců nukleové kyseliny v nepřítomnosti pseudoknotů (např. zkumavka s vlákny DNA nebo RNA).[2][4] Pro zředěný roztok obsahující více druhů řetězců interagujících za vzniku více druhů uspořádaných komplexů vypočítává NUPACK pro každý uspořádaný komplex:

včetně přísného zacházení s problémy rozlišitelnosti, které vznikají ve víceřetězcovém prostředí.

Design

Stránka Návrh umožňuje uživatelům navrhnout sekvence pro jedno nebo více řetězců určených k přijetí pseudoknotované cílové sekundární struktury v rovnováze.[2] Návrh sekvence je formulován jako optimalizační problém s cílem snížit vadu souboru pod uživatelem stanovenou podmínku zastavení.[12] Pro kandidátskou sekvenci a danou cílovou sekundární strukturu je vadou souboru průměrný počet nesprávně spárovaných přes strukturální soubor uspořádaného komplexu.[13] U cílové sekundární struktury s N nukleotidy se algoritmus snaží dosáhnout defektu souboru pod N / 100. Empiricky, návrhový algoritmus vykazuje asymptotickou optimálnost, jak se N zvyšuje: pro dostatečně velký N je cena návrhu sekvence obvykle pouze 4/3 náklady na jediné vyhodnocení defektu souboru.[12]

Utility

Stránka Utility umožňuje uživatelům hodnotit, zobrazovat a komentovat rovnovážné vlastnosti komplexu interagujících řetězců nukleových kyselin.[2] Stránka přijímá jako vstup buď informace o sekvenci, informace o struktuře, nebo obojí, vykonávající různé funkce na základě poskytnutých informací, včetně automatické rozložení a vykreslování sekundárních struktur s ideální spirálovou geometrií nebo bez ní. V obou případech lze rozložení struktury dynamicky upravovat ve webové aplikaci.

Stránka Utilities umožňuje zobrazovat sekundární struktury s ideální spirálovou geometrií pro skládané páry bází, jako pro tento komplex tří řetězců RNA s helixy ve tvaru A (vlevo) nebo tří řetězců DNA s helixy ve tvaru B (vpravo).

Implementace

Webová aplikace NUPACK[2] je naprogramován v rámci Ruby on Rails rámec, zaměstnávání Ajax a Dojo Toolkit implementovat dynamické funkce a interaktivní grafiku. Pozemky a grafika se generují pomocí NumPy a matplotlib. Web je podporován v aktuálních verzích internetové prohlížeče Safari, Chrome, a Firefox. Knihovna analytických a návrhových algoritmů NUPACK je napsána v programovacím jazyce C. Dynamické programy jsou paralelizovány pomocí Rozhraní pro předávání zpráv (MPI).

Podmínky použití

Webový server NUPACK a zdrojový kód NUPACK jsou poskytovány pro nekomerční výzkumné účely a s tímto omezením nikoli Bezplatný open source software.

Financování

Vývoj NUPACK je financován National Science Foundation prostřednictvím projektu molekulárního programování[14] a Beckman Institute[15] na Kalifornský technologický institut (Caltech).

Viz také

externí odkazy

Reference

  1. ^ „Informace o webu Nupack.org“. Alexa internet. Citováno 2014-04-01.
  2. ^ A b C d E Zadeh, J.N., C.D. Steenberg, J.S. Bois, B.R. Wolfe, A.R. Khan, M.B. Pierce, R.M. Dirks a N.A. Pierce, NUPACK: analýza a návrh systémů nukleových kyselin. Journal of Computational Chemistry
  3. ^ stahování
  4. ^ A b Dirks, R.M., J.S. Bois, J.M. Schaeffer, E. Winfree a N.A. Pierce, Termodynamická analýza interagujících řetězců nukleových kyselin SIAM Review, 2007. 49 (1): str. 65-88.
  5. ^ Serra, M. J. a D. H. Turner, Predikce termodynamických vlastností RNA. Methods in Enzymology, 1995. 259: str. 242-261.
  6. ^ Mathews, D.H., J. Sabina, M. Zuker a D.H. Turner, Rozšířená závislost termodynamických parametrů na sekvenci zlepšuje predikci sekundární struktury RNA. Journal of Molecular Biology, 1999. 288: str. 911-940.
  7. ^ SantaLucia, J., J., Jednotný pohled na termodynamiku nejbližšího souseda polymeru, činky a oligonukleotidu. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických, 1998. 95 (4): str. 1460-1465.
  8. ^ SantaLucia, J. a D. Hicks, Termodynamika DNA strukturální motivy. Výroční přehled biofyziky a biomolekulární struktury, 2004. 33: str. 415-440.
  9. ^ Koehler, R.T. a N. Peyret, Termodynamické vlastnosti sekvencí DNA: charakteristické hodnoty pro lidský genom. Bioinformatics, 2005. 21 (16): str. 3333-3339.
  10. ^ Dirks, R.M. a N.A. Pierce, algoritmus dělící funkce pro sekundární strukturu nukleové kyseliny včetně pseudoknotů. Journal of Computational Chemistry, 2003. 24: str. 1664-1677.
  11. ^ Dirks, R.M. a N.A. Pierce, Algoritmus pro výpočet pravděpodobností párování bází nukleových kyselin, včetně pseudoknotů. Journal of Computational Chemistry, 2004. 25: str. 1295-1304.
  12. ^ A b Zadeh, J.N., B.R. Wolfe a N.A. Pierce, návrh sekvence nukleové kyseliny prostřednictvím efektivní optimalizace defektů souboru. Journal of Computational Chemistry.
  13. ^ Dirks, R.M., M. Lin, E. Winfree a N.A. Pierce, Paradigmata pro výpočetní návrh nukleových kyselin. Nucleic Acids Research, 2004. 32 (4): str. 1392-1403.
  14. ^ Projekt molekulárního programování
  15. ^ Beckman Institute