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JP2944434B2 - Apparatus and method for predicting RNA secondary structure - Google Patents
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JP2944434B2 - Apparatus and method for predicting RNA secondary structure - Google Patents

Apparatus and method for predicting RNA secondary structure

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JP2944434B2
JP2944434B2 JP30370894A JP30370894A JP2944434B2 JP 2944434 B2 JP2944434 B2 JP 2944434B2 JP 30370894 A JP30370894 A JP 30370894A JP 30370894 A JP30370894 A JP 30370894A JP 2944434 B2 JP2944434 B2 JP 2944434B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、RNAの2次構造を予
測するシステムに適応する。
The present invention applies to a system for predicting the secondary structure of RNA.

【0002】[0002]

【従来の技術】RNAはA(アデニン)、U(ウラシ
ル)、G(グアニン)、C(シトシン)の4種類のヌク
レオチドが多数継って直鎖状に結合した、ポリヌクレオ
チドである。直鎖状ポリヌクレオチドが折り畳まって、
複雑な立体構造を作る。これは、A(アデニン)とU
(ウラシル)、G(グアニン)とC(シトシン)がペア
を構成するためである。これ以外の組み合わせとしてG
Uの組み合わせもあるが、稀である。ペアが連続してい
る領域をスタック領域と呼ぶ。例えば、RNAの一部に
GGGGGGの領域とCCCCCCの領域があったとす
ると、GとCがペアを作ることから、GGGGGGの領
域とCCCCCCの領域が引き寄せ合い、連続したペ
ア、すなわちスタック領域を構成する。このスタック領
域はDNAで見られるように、3次元中では螺旋状にな
る。このスタック領域やそれ以外の構造が、RNAの2
次構造である。
2. Description of the Related Art RNA is a polynucleotide in which a large number of four types of nucleotides, A (adenine), U (uracil), G (guanine), and C (cytosine), are linked and linearly linked. The linear polynucleotide is folded,
Create complex three-dimensional structures. This is because A (adenine) and U
This is because (uracil), G (guanine) and C (cytosine) form a pair. G as another combination
There are combinations of U, but they are rare. An area where pairs are continuous is called a stack area. For example, if a part of RNA has a GGGGGGG region and a CCCCCC region, G and C form a pair. . This stack region spirals in three dimensions, as seen in DNA. This stack region and other structures are the RNA 2
It has the following structure.

【0003】従来のRNAの2次構造を予測するシステ
ムでは、DPプログラミングを用いるものと、全てのス
タック領域の候補を見つけ最適な組合せを見つける2種
類の方法がある。これらの手法についての概観は秋山、
“RNAの2次構造予測”、bit,vol25,no
10,pp.83−91.(1993)(以下引用文献
1と称す)に詳しく述べられている。
Conventional systems for predicting the secondary structure of RNA include those using DP programming, and two methods for finding candidates for all stack regions and finding the optimal combination. For an overview of these techniques, see Akiyama,
"Prediction of secondary structure of RNA", bit, vol25, no
10, pp. 83-91. (1993) (hereinafter referred to as Reference 1).

【0004】DPプログラミングを用いる方法では、対
象とする配列の長さnの3乗に比例して計算時間が大き
くなり(O(n3 ))、2乗に比例して記憶容量が大き
くなる(O(n2 ))。これは、最小エネルギを構成す
るスタック領域の検索のために、まず全ての塩基のペア
のエネルギを計算する。この時の計算量は、長さnの2
乗に比例する(O(n2 ))。スタック領域は、連続し
たペアで構成され、途中に幾つかのペア構成しないルー
プ領域を含むので、スタック領域に連続する次のペアを
見つけるために、全ての可能性を調査する必要がある。
この全ての可能性は、長さnに比例するので、結局計算
量は配列の長さnの3乗に比例する(O(n3 ))。こ
の方法では、長さnの3乗に比例するので、長い配列に
対しては適用が難しくなる。
In the method using DP programming, the calculation time increases in proportion to the cube of the length n of the target array (O (n 3 )), and the storage capacity increases in proportion to the square ( O (n 2)). This involves first calculating the energies of all base pairs in order to find the stack region that constitutes the minimum energy. The amount of calculation at this time is 2 of length n.
It is proportional to the power (O (n 2 )). Since the stack area is composed of consecutive pairs, and includes some unpaired loop areas in the middle, it is necessary to investigate all possibilities in order to find the next pair that is continuous in the stack area.
Since all of these possibilities are proportional to the length n, the complexity is ultimately proportional to the cube of the length n of the array (O (n 3 )). In this method, since it is proportional to the cube of the length n, it is difficult to apply to a long array.

【0005】DPプログラミングを用いる方法の問題点
を解決するために、全てのスタック領域の候補を見つけ
最適な組合せを見つける方法がある。これについては、
秋山、古谷、“対象相互結合型ニューラルネットワーク
におけるエネルギー極小化現象を利用した高速なRNA
二次構造予測法”、情報学シンポジウム、pp.125
−134.(1992)(以下引用文献2と称す)に詳
しく説明されている。この方法でも、全てのスタック領
域候補の数は、長さnに比例して大きくなるので、探索
するときの範囲を限定し、計算量を減少する方法があ
る。しかしながら、探索空間を限定したことにより、本
来予測されるはずの遠距離にあるスタック領域が、探索
範囲外になることによって予測不能になる。実在するR
NAでは、遠距離にある塩基どうしも相互に作用を及ぼ
し合い、ペアを構成し、最終的にはスタック領域を形成
することがある。つまり、遠距離相互作用を考慮しない
と、実際の2次構造を予測できない。近距離と遠距離の
切り分けとして、200塩基を基準としている例があ
る。これについては、引用文献2に詳しく述べられてい
る。
In order to solve the problem of the method using DP programming, there is a method of finding candidates for all stack areas and finding an optimal combination. For this,
Akiyama, Furuya, "High-speed RNA using energy minimization in target interconnected neural networks
Secondary Structure Prediction Method ", Symposium on Informatics, pp. 125
-134. (1992) (hereinafter referred to as Reference 2). Also in this method, since the number of all the stack area candidates increases in proportion to the length n, there is a method of limiting the search range and reducing the calculation amount. However, since the search space is limited, a long-distance stack region that should be predicted is out of the search range and cannot be predicted. Real R
In NA, distant bases may interact with each other, form pairs, and eventually form a stack region. That is, the actual secondary structure cannot be predicted without considering the long-range interaction. There is an example in which a short distance and a long distance are separated based on 200 bases. This is described in detail in Reference 2.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来法で
は、探索に対する計算量が長さの3乗に比例して大きく
なるため長い配列に対しては適用が難しかったり、遠距
離にあるスタック領域の予測が不能になったりするなど
の問題点があった。
In the conventional method described above, the amount of calculation for the search increases in proportion to the cube of the length, so that it is difficult to apply the method to a long array, or the stack area located at a long distance. There was a problem that it became impossible to make predictions.

【0007】本発明の目的は、探索に対する計算量が長
さの2乗に比例し、かつ遠距離の相互作用も予測できる
システムを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a system in which the amount of calculation for a search is proportional to the square of the length, and a long-range interaction can be predicted.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明のRNA2次構造
予測装置は、RNA配列の任意の塩基対がペアを作るか
を保持する塩基対保持部と、RNA配列の任意の塩基対
間の仮想距離を保持する仮想距離保持部と、複数の塩基
で構成されるループと塩基対で構成されるスタック領域
のエネルギを計算するエネルギ計算部と、予測されたス
タック領域を保持する2次構造保持部と、前記仮想距離
が近距離である全ての塩基対について、前記塩基対保持
部を参考にして、スタック領域の候補を決め、全てのス
タック領域の候補のエネルギを前記エネルギ計算部に計
算させ、最小エネルギをもつスタック領域の候補を予測
スタック領域として前記2次構造保持部に登録し、前記
予測スタック領域に基づいて前記仮想距離保持部の前記
仮想距離を更新することにより、スタック領域を1つず
つ予測することによりRNAの2次構造を予測する予測
制御部とを有することを特徴とする。
According to the present invention, there is provided an apparatus for predicting RNA secondary structure, comprising: a base pair holding section for holding an arbitrary base pair of an RNA sequence to form a pair; A virtual distance holding unit for holding a distance, an energy calculating unit for calculating the energy of a stack region formed of a loop and a base pair formed of a plurality of bases, and a secondary structure holding unit for holding a predicted stack region And the virtual distance
For all base pairs that are at a short distance
Section, determine stack area candidates, and
The energy of the tack region candidate is calculated in the energy calculator.
And predict the stack area candidate with the minimum energy
Registered in the secondary structure holding unit as a stack area,
The virtual distance holding unit based on the predicted stack area
A prediction control unit that predicts the secondary structure of RNA by predicting the stack region one by one by updating the virtual distance .

【0009】[0009]

【作用】本願では、RNAのスタック領域を1つづつ予
測し、最終的に全てのスタック領域を予測し2次構造予
測結果とする。そのためには、塩基対保持部に、RNA
配列の全ての塩基対に対して、ペアを作るかを判定し保
持する。ペアは、ワトソン・クリック・ペア(アデニン
とウラシル、グアニンとシトシン)以外にウラシルとグ
アニンもペアとして認識する。仮想距離保持部では、R
NA配列の任意の塩基対間の仮想距離を保持する。仮想
距離は、直鎖状になっている時の塩基間の距離を1とし
て表したものである。また、スタック領域での塩基間の
距離も1として表す。この距離表現によれば、塩基対の
距離が離れていても、スタック領域を構成することによ
り、塩基間の距離が近距離として表現されることもあ
る。2次構造保持部では、1つづつ予測した2次構造を
保持するデータベースである。これによって、スタック
が生成されることのない領域を推定できる。これは、塩
基は高々1つの塩基としかペアを構成しないからであ
る。エネルギ計算部では、複数の塩基で構成されるルー
プを作成する時のエネルギと塩基対で構成されるスタッ
ク領域のエネルギを計算する。これらの元となるパラメ
ータは、Turner,D.H.,Sugimoto,
N.and Freier,S.M.“RNA Str
ucture Prediction”,Ann.Re
v.Biophys.Biophys.Chem.1
7:167−192(1988)(以下引用文献3と称
す)に詳しく述べられている。予測制御部では、仮想距
離が近距離である塩基対について、スタック領域を構成
した時に生成されるエネルギをエネルギ計算部で計算
し、最小エネルギを構成するスタック領域を検索する。
近距離にある塩基対についてのみ、スタック領域の探索
を行なうので、計算量は高々2乗のオーダーで増加し、
従来の3乗のオーダーを減らすことが出来る。このと
き、2次構造保持部に登録されているスタック領域と重
複しないようなスタック領域を選択する。
In the present application, the stack regions of RNA are predicted one by one, and finally all the stack regions are predicted to obtain the secondary structure prediction results. For that purpose, RNA is added to the base pair holding part.
For every base pair in the sequence, it is determined whether a pair is formed and retained. The pair recognizes uracil and guanine as a pair in addition to the Watson Crick pair (adenine and uracil, guanine and cytosine). In the virtual distance holding unit, R
The virtual distance between any base pairs in the NA sequence is maintained. The virtual distance is expressed assuming that the distance between bases in a linear state is 1. The distance between bases in the stack region is also represented as 1. According to this distance expression, even if the distance between base pairs is large, the distance between bases may be expressed as a short distance by forming a stack region. The secondary structure holding unit is a database that holds predicted secondary structures one by one. As a result, an area where a stack is not generated can be estimated. This is because a base forms a pair with at most one base. The energy calculation unit calculates the energy for creating a loop composed of a plurality of bases and the energy of a stack region composed of base pairs. These underlying parameters are described in Turner, D .; H. , Sugimoto,
N. and Freier, S.M. M. “RNA Str
ture Prediction ", Ann. Re.
v. Biophys. Biophys. Chem. 1
7: 167-192 (1988) (hereinafter referred to as Reference 3). In the prediction control unit, for a base pair whose virtual distance is short, the energy generated when the stack region is formed is calculated by the energy calculation unit, and the stack region forming the minimum energy is searched.
Since the search for the stack region is performed only for base pairs at a short distance, the calculation amount increases at most on the order of the square,
The conventional order of the third power can be reduced. At this time, a stack area that does not overlap with the stack area registered in the secondary structure holding unit is selected.

【0010】1つのスタック領域が予測されると、2次
構造保持部に登録される。それと同時に、仮想距離保持
部での塩基間の距離が更新される。スタック領域を予測
したことによって、スタック領域に含まれる塩基ペアの
距離が1に更新され、その影響が近傍の塩基に反映され
る、仮想距離が近距離に更新される。このことによっ
て、直鎖では遠距離と認識されていた塩基間の仮想距離
が近くなり、スタック領域を構成するかを判定する機会
を得る。これによって直鎖では遠距離と認識されていた
塩基がスタック領域を構成することも可能となり、従来
難しかった遠距離相互作用も考慮できる。
When one stack area is predicted, it is registered in the secondary structure holding unit. At the same time, the distance between bases in the virtual distance holding unit is updated. By estimating the stack area, the distance of the base pair included in the stack area is updated to 1, and the virtual distance, which reflects the influence of the base pair in the vicinity, is updated to the short distance. As a result, the virtual distance between bases that has been recognized as a long distance in a straight chain is reduced, and an opportunity to determine whether to constitute a stack region is obtained. This makes it possible for bases that are recognized as long-distance in a straight chain to form a stack region, and also allows for long-distance interactions that have been difficult in the past.

【0011】[0011]

【実施例】本願の発明の実施例について図面を参照して
説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0012】図1は本発明のRNA2次構造予測装置の
一実施例を示す構造図である。このRNA2次構造予測
装置は、塩基対保持部11と、仮想距離保持部12と、
2次構造保持部13と、エネルギ計算部14と、予測制
御部15とを有している。
FIG. 1 is a structural diagram showing an embodiment of the RNA secondary structure prediction apparatus of the present invention. This RNA secondary structure prediction device includes a base pair holding unit 11, a virtual distance holding unit 12,
It has a secondary structure holding unit 13, an energy calculation unit 14, and a prediction control unit 15.

【0013】次に、本願の発明の実施例の動作を説明す
る。図2は予測の手続きを示したフローチャートであ
る。2次構造予測はRNAのスタック領域を1つづつ予
測し、最終的に全てのスタック領域を予測する。
Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a flowchart showing a prediction procedure. The secondary structure prediction predicts the stack region of the RNA one by one, and finally predicts all the stack regions.

【0014】まず、塩基対保持部11のRNA配列の全
ての塩基対に対して、ペアを作るかを判定し初期設定を
行なう(ステップ22)。具体的には、配列中の任意の
2つの塩基がペアを構成するかを判定し、構成するなら
ばフラグを1に、構成できないならば0と設定する。ペ
アは、ワトソン・クリップ・ペア(AとU、GとC)以
外にUとGもペアとして認識する。
First, it is determined whether pairs are to be formed for all base pairs of the RNA sequence in the base pair holding unit 11 and initialization is performed (step 22). Specifically, it is determined whether any two bases in the sequence form a pair, and if so, the flag is set to 1, and if not, 0 is set. The pair recognizes U and G as a pair in addition to the Watson clip pair (A and U, G and C).

【0015】仮想距離保持部12の初期設定を行なう
(ステップ23)。仮想距離は、直鎖状になっている時
の塩基間の距離を1として表したものである。図3は、
長さが10のRNA配列に対して仮想距離保持部12の
初期状態を示したものである。図3(a)での丸は、各
塩基に対応する。丸の中の番号は、先頭である5末端か
らの通し番号で、1〜10まで順に割り振ってある。丸
の下の数字は、第3番目の塩基からの仮想的な距離で、
第5番目の塩基に対しては仮想的な距離が2となり、第
11番目の塩基に対しては仮想的な距離が8となってい
る。このようにして、全ての塩基に対して相互の仮想距
離を決め、その値を仮想距離保持部12の初期値とす
る。図3(b)は、仮想距離保持部12の初期値の例で
ある。説明したように、第3番目の塩基と第11番目の
塩基間の仮想的な距離が8となっている。
Initial setting of the virtual distance holding unit 12 is performed (step 23). The virtual distance is expressed assuming that the distance between bases in a linear state is 1. FIG.
This shows the initial state of the virtual distance holding unit 12 for an RNA sequence having a length of 10. The circles in FIG. 3A correspond to each base. The numbers in the circles are serial numbers from the first five terminals, and are sequentially assigned from 1 to 10. The number below the circle is the virtual distance from the third base,
The virtual distance is 2 for the fifth base and 8 for the eleventh base. In this way, the virtual distance between all the bases is determined, and the value is set as the initial value of the virtual distance holding unit 12. FIG. 3B is an example of an initial value of the virtual distance holding unit 12. As described, the virtual distance between the third base and the eleventh base is 8.

【0016】予測制御部15では、まず、仮想距離が近
距離である全ての塩基対について、塩基対保持部11の
内容を参考にして、スタック領域の候補を決める(ステ
ップ24)。スタック領域では、ペアが連続している。
そのために例えば、第2塩基と第10塩基、第3塩基と
第9塩基、第4塩基と第8塩基の連続したペアが必要と
なる。塩基対保持部11には、ペアが登録されているの
で、その中から上記の様に連続するペアを全て探す。こ
れについての様々な方法については、Kanehis
a,M.and Goad,W.B.,“Patter
n Recognition in Nucleic
Acid Sequences”,Nucleic A
cids Research,vol10,no.1,
pp.265−278.(1982)(以下引用文献4
と称す)に詳しく述べられている。
The prediction control unit 15 first determines a stack area candidate for all base pairs whose virtual distances are short, with reference to the contents of the base pair holding unit 11 (step 24). In the stack area, pairs are continuous.
For this purpose, for example, a continuous pair of a second base and a tenth base, a third base and a ninth base, and a fourth base and an eighth base are required. Since the pairs are registered in the base pair holding unit 11, all the consecutive pairs are searched from the pairs as described above. For various ways of doing this, see Kanehis.
a, M. and God, W.C. B. , “Patter
n Recognition in Nucleic
Acid Sequences ", Nucleic A
cids Research, vol 10, no. 1,
pp. 265-278. (1982) (hereinafter cited reference 4)
).

【0017】全てのスタック領域候補について、エネル
ギをエネルギ計算部14で計算する(ステップ26)。
このエネルギは、現在の2次構造の構成に、さらに注目
している1つのスタック領域候補が付け加わった時に発
生するエネルギである。詳しくはエネルギ計算部14の
項で説明する。全てのスタック領域候補中で、最小エネ
ルギを構成するスタック領域を選択し、予測スタック領
域とする。このとき選択するスタック領域は、2次構造
保持部13に登録されているスタック領域と重複しない
ようなスタック領域を選択する。これは、塩基は高々1
つの塩基とのみペアを構成することに起因する。現在の
状態で登録されているスタック領域と予測スタックの一
部でも重複するということは、登録済みのペアの塩基と
予測スタック領域の塩基とがさらにペアを構成すること
になり、1つの塩基は2つの塩基とペアを構成すること
になってしまうからである。適当なスタック領域を見つ
けられない場合は終了とする。
Energy is calculated by the energy calculator 14 for all stack area candidates (step 26).
This energy is energy generated when one stack area candidate of interest is added to the current configuration of the secondary structure. Details will be described in the section of the energy calculation unit 14. From all the stack area candidates, the stack area that forms the minimum energy is selected and set as the predicted stack area. At this time, the stack area to be selected is selected so as not to overlap with the stack area registered in the secondary structure holding unit 13. This means that the base is at most 1
This is due to forming a pair with only one base. The fact that the stack region registered in the current state and a part of the prediction stack overlap also means that the base of the registered pair and the base of the prediction stack region further form a pair, and one base is This is because a pair is formed with two bases. If an appropriate stack area cannot be found, the process ends.

【0018】エネルギ計算部14では、スタック領域の
エネルギを計算する。この計算アルゴリズムについて
は、Studnicka,G.M.,Rahn,G.
M.,Cummings,W.and Salser,
W.A.,“Computermethod for
predicting the secondarys
tructure of single−starnd
ed RNA”Nucleic Acids Rese
arch,vol5 no9,pp.3365−338
7(1978)(以下引用文献5と称す)に詳しく述べ
られている。アルゴリズム中で使用するパラメータは、
引用文献3に詳しく述べられている。図6では、このパ
ラメータをマトリクス上に示してある。また、図7にル
ープのエネルギのパラメータを示してある。図5を用い
てエネルギ計算の例を説明する。エネルギは、注目して
いる1つのスタック領域候補が付け加わった時に発生す
るエネルギである。すなわち、スタック領域によって発
生するエネルギとスタック領域によってはさまれてスタ
ックを構成しないループ領域によって発生するエネルギ
の和となる。図5では、長さが6のスタックの領域と、
長さが8のヘアピンループとから構成されている。
The energy calculator 14 calculates the energy of the stack area. This calculation algorithm is described in Studnicka, G .; M. , Rahn, G .;
M. , Cummings, W.C. and Salser,
W. A. , “Computermethod for
predicting the secondaries
structure of single-starnd
ed RNA "Nucleic Acids Rese
arch, vol5 no9, pp. 3365-338
7 (1978) (hereinafter referred to as cited document 5). The parameters used in the algorithm are
Reference 3 details this. In FIG. 6, these parameters are shown on a matrix. FIG. 7 shows parameters of the energy of the loop. An example of energy calculation will be described with reference to FIG. The energy is energy generated when one stack area candidate of interest is added. That is, it is the sum of the energy generated by the stack region and the energy generated by the loop region sandwiched between the stack regions and not forming the stack. In FIG. 5, an area of a stack having a length of 6
And a hairpin loop having a length of eight.

【0019】スタック領域のエネルギは、2つのペアで
構成されるエネルギの合計により与えられる。図5の例
では、第8番目と第19番目の塩基のペアと第9番目と
第19番目の塩基のペアにより構成される領域のエネ
ルギは、図6(j)により−2.9となる。同様に領域
のエネルギは、図6(o)により−1.5となり、領
域のエネルギは、図6(d)により−0.7となり、
領域のエネルギは、図6(m)により−1.1とな
り、領域のエネルギは図6(j)により−2.1とな
る。従って、このスタック領域のエネルギは、−8.3
(=−2.1−1.1−0.7−1.5−2.9)kc
al/molとなる。また、長さが8のヘアピンループ
のエネルギは図7から+5.5kcal/molとな
る。従って、このスタック領域が構成されるとすると、
全体として−2.8kcal/molとなる。
The energy in the stack area is given by the sum of the energy composed of the two pairs. In the example of FIG. 5, the energy of the region formed by the eighth and nineteenth base pairs and the ninth and nineteenth base pairs is -2.9 according to FIG. 6 (j). . Similarly, the energy of the region is -1.5 according to FIG. 6 (o), the energy of the region is -0.7 according to FIG. 6 (d),
The energy of the region is -1.1 according to FIG. 6 (m), and the energy of the region is -2.1 according to FIG. 6 (j). Therefore, the energy of this stack region is -8.3.
(= -2.1-1.1-0.7-1.5-2.9) kc
al / mol. Further, the energy of the hairpin loop having a length of 8 is +5.5 kcal / mol from FIG. Therefore, if this stack area is configured,
The total amount is -2.8 kcal / mol.

【0020】1つのスタック領域が予測されると、2次
構造保持部13に登録する(ステップ27)。2次構造
保持部13の初期状態としては、何も登録されていな
い。登録はスタック領域を構成する、塩基を登録する。
図4で示されるスタック領域は第2領域と第10塩基、
第3塩基と第9塩基、第4塩基と第8塩基のペアで構成
されるスタック領域として登録する。この様に登録する
ことによって、この後、第2塩基、第3塩基、第4塩
基、第8塩基、第9塩基、第10塩基を含むスタック領
域の候補は生成されない。これは、塩基は高々1つの塩
基とのみペアを構成することに起因する。現在の状態で
登録されているスタック領域と予測スタックの一部でも
重複するということは、登録済みのペアの塩基と予測ス
タック領域の塩基とがさらに1つの塩基は2つのペアを
構成することになってしまうからである。
When one stack area is predicted, it is registered in the secondary structure holding unit 13 (step 27). Nothing is registered as the initial state of the secondary structure holding unit 13. The registration registers bases that constitute the stack area.
The stack region shown in FIG. 4 is the second region and the tenth base,
It is registered as a stack area composed of a pair of a third base and a ninth base and a fourth base and an eighth base. By registering in this manner, a stack region candidate including the second base, the third base, the fourth base, the eighth base, the ninth base, and the tenth base is not generated thereafter. This is due to the fact that a base forms a pair with at most one base. The fact that the stack region registered in the current state and a part of the prediction stack also overlaps means that the base of the registered pair and the base of the prediction stack region further form one pair of bases. It is because it becomes.

【0021】仮想距離保持部12での塩基間の距離が更
新する(ステップ28)。スタック領域を予測したこと
によって、スタック領域に含まれる塩基ペアの距離が1
に更新され、その影響が近傍の塩基に反映される、仮想
距離が近距離に更新される。図4(a)は、図3の上部
に示した長さが10のRNA配列の第2塩基と第10塩
基、第3塩基と第9塩基、第4塩基と第8塩基のペアで
構成されるスタック領域を予測した時の様子である。丸
の回りの数字は、第3番目の塩基からの仮想的な距離
で、第3塩基と第9塩基がペアを構成することから、仮
想距離が1に更新されている。それに伴って、第11番
目の塩基に対しては仮想的な距離が3となっている。図
4(b)は、この様にして更新された仮想距離保持部1
2の更新後状態を示したものである。これでは、ペアを
構成している、第2塩基と第10塩基、第3塩基と第9
塩基、第4塩基と第8塩基の各々ペア間の仮想的な距離
は1となっている。それに伴い、スタック領域近傍の塩
基間の仮想的距離も更新されている。
The distance between bases in the virtual distance holding unit 12 is updated (step 28). By estimating the stack region, the distance between base pairs included in the stack region is 1
And the virtual distance is updated to a short distance, the effect of which is reflected on nearby bases. FIG. 4A shows a pair of the second and tenth bases, the third and ninth bases, and the fourth and eighth bases of the RNA sequence having a length of 10 shown in the upper part of FIG. This is a state when a stack area is predicted. The numbers around the circle are virtual distances from the third base, and since the third base and the ninth base form a pair, the virtual distance has been updated to 1. Accordingly, the virtual distance is 3 for the eleventh base. FIG. 4B shows the virtual distance holding unit 1 updated in this manner.
2 shows an updated state. In this case, the second base and the tenth base, and the third base and the ninth base forming a pair are
The virtual distance between each pair of base, fourth base and eighth base is 1. Accordingly, the virtual distance between bases in the vicinity of the stack region has also been updated.

【0022】スタック領域を予測したことによって、こ
の様に直鎖では遠距離と認識されていた塩基間の仮想距
離が近くなる。従来法では、探索するときの範囲を限定
し計算量を減少する手法では、探索空間を限定したこと
により、本来予測されるはずの遠距離にあるスタック領
域が、探索範囲外になることによって予測不能になる。
本願では、塩基間の距離の更新を行ない、スタック領域
の予測した結果、遠距離にある塩基間の仮想的な距離が
近くなり、スタック領域を構成するかを判定する機会を
得る。これによって直鎖では遠距離と認識されていた塩
基がスタック領域を構成することも可能となり、従来難
しかった遠距離相互作用も考慮できる。
By estimating the stack region, the virtual distance between bases, which is recognized as a long distance in a straight chain, becomes shorter in this way. In the conventional method, in the method of limiting the search range and reducing the amount of calculation, the search space is limited, and the long-distance stack region that should be predicted is outside the search range. Become impossible.
In the present application, the distance between the bases is updated, and as a result of the prediction of the stack area, the virtual distance between the bases at a long distance becomes short, and an opportunity to determine whether to configure the stack area is obtained. This makes it possible for bases that are recognized as long-distance in a straight chain to form a stack region, and also allows for long-distance interactions that have been difficult in the past.

【0023】以上の動作は、予測制御部15によって制
御する。
The above operation is controlled by the prediction control unit 15.

【0024】[0024]

【発明の効果】従来法では、探索に対する計算量が長さ
の3乗に比例して大きくなるため長い配列に対しては適
用が難しかったり、遠距離にあるスタック領域の予測が
不能になったりするなどの問題点があった。
According to the conventional method, the amount of calculation for the search increases in proportion to the cube of the length, so that it is difficult to apply the method to a long array, and it becomes impossible to predict the stack area at a long distance. There were problems such as doing.

【0025】本発明では、探索に対する計算量が長さの
2乗に比例し、かつ遠距離の相互作用も予測を提供でき
る。
In the present invention, the computational complexity for the search is proportional to the square of the length, and long-range interactions can also provide prediction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】RNA2次構造予測装置の一実施例を示す構成
例。
FIG. 1 is a configuration example showing an embodiment of an RNA secondary structure prediction device.

【図2】手続きを示すフローチャート。FIG. 2 is a flowchart showing a procedure.

【図3】仮想距離保持部12の初期状態を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an initial state of a virtual distance holding unit 12;

【図4】仮想距離保持部12の更新後状態を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an updated state of a virtual distance holding unit 12;

【図5】エネルギ計算の例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing an example of energy calculation.

【図6】スタック領域のエネルギパラメータの例を示す
図。
FIG. 6 is a diagram showing an example of an energy parameter of a stack area.

【図7】ループのエネルギのパラメータの例を示す図。FIG. 7 is a diagram showing an example of parameters of energy of a loop.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 塩基対保持部 12 仮想距離保持部 13 2次構造保持部 14 エネルギ計算部 15 予測制御部 Reference Signs List 11 base pair holding unit 12 virtual distance holding unit 13 secondary structure holding unit 14 energy calculation unit 15 prediction control unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 bit,Vol.25,No.10, 1993.pp.83−91(1993) 情報学シンポジウム,(1992.1) pp.125−134 Ann.Rev.Biophys.C hem.1988.17:167−192 Nucleic Acid Rese arch.Vol.10,No.1, 1982,pp.265−278 Nucleic Acid Rese arch.Vol.6,No.9, 1978,pp.3365−3387 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C12N 15/00 G06F 17/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References bit, Vol. 25, No. 10, 1993. pp. 83-91 (1993) Symposium on Informatics, (1992.1) pp. 125-134 Ann. Rev .. Biophys. Chem. 1988. 17: 167-192 Nucleic Acid Research arch. Vol. 10, No. 1, 1982, pp. 265-278 Nucleic Acid Research arch. Vol. 6, No. 9, 1978, p. 3365-3387 (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) C12N 15/00 G06F 17/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 RNA配列の任意の塩基対がペアを作る
かを保持する塩基対保持部と、RNA配列の任意の塩基
対間の仮想距離を保持する仮想距離保持部と、複数の塩
基で構成されるループと塩基対で構成されるスタック領
域のエネルギを計算するエネルギ計算部と、予測された
スタック領域を保持する2次構造保持部と、前記仮想距
離が近距離である全ての塩基対について、前記塩基対保
持部を参考にして、スタック領域の候補を決め、全ての
スタック領域の候補のエネルギを前記エネルギ計算部に
計算させ、最小エネルギをもつスタック領域の候補を予
測スタック領域として前記2次構造保持部に登録し、前
記予測スタック領域に基づいて前記仮想距離保持部の前
記仮想距離を更新することにより、スタック領域を1つ
ずつ予測することによりRNAの2次構造を予測する予
測制御部とを有することを特徴とするRNA2次構造予
測装置。
1. A base pair holding unit that holds whether any base pair of an RNA sequence forms a pair, a virtual distance holding unit that holds a virtual distance between arbitrary base pairs of an RNA sequence, and a plurality of bases. An energy calculation unit for calculating the energy of a stack region formed of loops and base pairs, a secondary structure holding unit for holding a predicted stack region, and the virtual distance
For all base pairs separated by a short distance,
Determine stack area candidates with reference to
The energy of the stack area candidate is sent to the energy calculator.
Calculation to find a stack area candidate with the minimum energy.
Registered in the secondary structure holding section as a measurement stack area,
Before the virtual distance holding unit based on the predicted stack area
A prediction control unit that predicts a secondary structure of RNA by predicting a stack region one by one by updating the virtual distance .
【請求項2】RNA配列の任意の塩基対がペアを作るか
を保持する塩基対保持部と、RNA配列の任意の塩基対
間の仮想距離を保持する仮想距離保持部と、複数の塩基
で構成されるループと塩基対で構成されるスタック領域
のエネルギを計算するエネルギ計算部と、予測されたス
タック領域を保持する2次構造保持部と、前記仮想距離
が近距離である塩基対について前記塩基対保持部の内容
を用いてスタック領域の候補を求め、求められた前記ス
タック領域の候補について前記エネルギ計算部にエネル
ギ計算を指示し、最小のエネルギをもつ前記スタック領
域の候補を予測スタック領域とすることによりスタック
領域を1つずつ予測することによりRNAの2次構造を
予測する予測制御部とを有することを特徴とするRNA
2次構造予測装置。
2. A base pair holding unit for holding whether any base pair of an RNA sequence forms a pair, a virtual distance holding unit for holding a virtual distance between arbitrary base pairs of an RNA sequence, and a plurality of bases. An energy calculation unit that calculates the energy of a stack region composed of loops and base pairs that are formed, a secondary structure storage unit that holds a predicted stack region, and a base pair whose virtual distance is short. Using the contents of the base pair holding unit to determine a stack area candidate, instructing the energy calculation unit to calculate energy for the determined stack area candidate, and predicting the stack area candidate having the minimum energy as a predicted stack area And a prediction control unit for predicting the secondary structure of RNA by predicting the stack region one by one.
Secondary structure prediction device.
【請求項3】RNA配列の全ての塩基についてペアを作
るかを判定し、RNA配列の仮想距離を求め、前記仮想
距離が近距離にある塩基対について前記判定に基づいて
スタック領域の候補を求め、前記求められたスタック領
域の候補についてエネルギを計算し、計算されたエネル
ギが最小のスタック領域の候補を予測スタック領域とし
て登録し、予測されたスタック領域に基づいて前記仮想
距離を更新することを特徴とするRNA2次構造予測方
法。
3. It is determined whether pairs are formed for all bases of the RNA sequence, a virtual distance of the RNA sequence is determined, and a candidate for a stack region is determined based on the determination for base pairs whose virtual distances are short. Calculating the energy for the obtained stack area candidate, registering the calculated stack area candidate having the minimum energy as the predicted stack area, and updating the virtual distance based on the predicted stack area. Characteristic method for predicting RNA secondary structure.
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Nucleic Acid Research.Vol.10,No.1,1982,pp.265−278
Nucleic Acid Research.Vol.6,No.9,1978,pp.3365−3387
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