Identification of Conserved Secondary Structures in RNA Virus Genomes

Mit heutigem Wissen und Methoden scheint die Vorhersage von 3D-Strukturen von Biopolymeren wie RNA und Proteinen noch sehr schwierig, doch gibt es auch hier bereits vielversprechende Ansätze. Eine etwas einfachere Problemstellung, ist die Vorhersage von RNA-Sekundärstrukturen, die auch für größere Moleküle durchführbar ist. Besonders interessant ist hier die Vorhersage von funktionellen Sekundärstrukturelementen. Sie stellen eine wichtige qualitative Beschreibung der Moleküle dar, was sich auch in ihrer Benützung für die Interpretation von molekularen Evolutionsdaten zeigt. Alle RNA-Moleküle bilden Sekundärstrukturen aus, jedoch sagt die Ausbildung einer solchen noch nichts über ihre funktionelle Signifikanz aus. Unsere Untersuchungen sollen mit genomischen RNAs von Picornaviridae und Flaviviridae durchgeführt werden. RNA-Viren sind aus mehreren Gründen für die Entwicklung von neuen Ansätzen zur Identifikation von funktionellen Sekundärstrukturelementen besonders geeignet: (1) Entfernte Gruppen von RNA-Viren zeigen geringe Sequenzhomologie, so daß die entwickelten Methoden an unabhängigen Datensätzen überprüft werden können. (2) RNA-Viren zeigen eine extrem hohe Mutationsrate, die zur Ausbildung sogenannter "Quasispezies" führt. Ein großer Anteil dieser Mutationen ist neutral, was zu einer schnellen Evolution auf Ebene der Sequenz führt. (3) Ein großer Teil der nichtranslatierten Regionen der Virusgenome muß eine funktionelle Bedeutung haben, da der hohe Selektionsdruck dem sie ausgesetzt sind, die Beibehaltung unnützer RNA-Anteile unwahrscheinlich macht. Das Ziel unseres Projektes, die Auffindung von funktionellen Strukturen in den viralen Genomen und in viralen m- RNAs, soll mit Hilfe von (i) thermodynamischen Faltungsalgorhithmen zur Strukturvorhersage und (ii) Alignmentmethoden zur Identifikation von konservierten Strukturelementen realisiert werden. Die tatsächliche Existenz solcher Strukturelemente kann dann durch die Anwesenheit von kompensatorischen Mutationen in diesen Regionen belegt werden.