Pseudoknoten

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Ein Pseudoknoten ist eine RNA Sekundärstruktur, die aus zwei Haarnadelstrukturen besteht, bei der die Schleife des ersten Stems einen Teil des zweiten bildet. Pseudoknoten wurden das erste Mal 1982 in einem Mosaikvirus (TYMV, turnip yellow mosaic virus) entdeckt^[2]. Pseudoknoten falten sich in knotenförmige dreidimensionale Gebilde, die aber keine echten topologische Knoten darstellen.

Vorhersage und Erkennung

Die Basenpaarungen in Pseudoknoten sind nicht korrekt geschachtelt, da es passiert, dass Basenpaarungen auftreten, deren Positionen in der Sequenz sich "überlappen". Dadurch wird die Vorhersage von Pseudoknoten in RNA Sequenzen durch die Standardmethoden der dynamischen Programmierung, die sich auf einen rekursiven Bewertungssystem aufbauen, um gepaarte Stems zu erkennen, und folglich keine ungeschachtelten Basenpaarungen erkennen können, oder auch durch die neuen Methoden der stochastischen kontextfreien Grammatiken unmöglich. Populäre Vorhersagemethoden für Sekundärstrukturen wie Mfold und Pfold sagen keine Pseudoknoten-Strukturen in einer Prüfsequenz vorher, sondern erkennen lediglich den stabileren der beiden Pseudoknoten-Stems.

Es ist möglich, dass in einigen Situationen Methoden ähnlich der dynamischen Programmierung Pseudoknoten erkennen können, aber diese sind im Allgemeinen sehr ineffizient^[3]. Für das allgemeine Problem der Pseudoknoten-Vorhersage wurde bewiesen, dass es NP-vollständig ist. ^[4].

Biologische Bedeutung

Einige wichtige biologische Prozesse basieren auf RNA-Molekülen, die Pseudoknoten bilden. Beispielsweise beinhaltet die menschliche Telomerase einen Pseudoknoten, der essentiell für die Aktivität des Enzyms ist.^[1]

Referenzen

1. ↑ ^{a b} Chen JL, Greiger CW. (2005). Functional analysis of the pseudoknot structure in human telomerase RNA. Proc Natl Acad Sci USA 102(23):8080-5
2. ↑ Staple DW, Butcher SE. (2005). Pseudoknots: RNA Structures with Diverse Functions.Plos 3(6). 2005 Online Article Open Access publication
3. ↑ Rivas E, Eddy S. (1999). A dynamic programming algorithm for RNA structure prediction including pseudoknots, J Mol Biol, 285(5): 2053-2068
4. ↑ Lyngsø RB, Pedersen CN. (2000). RNA pseudoknot prediction in energy-based models. J Comput Biol 7(3-4): 409-427