完全なRNA逆折りたたみ：官能性ハンマーヘッドリボザイムの計算設計

ナノテクノロジーと合成生物学は、現在、最も革新的で学際的な研究分野の1つを構成しており、21世紀に社会を根本的に変える態勢を整えています。この論文は、最近のアルゴリズムであるRNAifoldを使用して、リボ核酸分子の合成設計に関するものであり、最小自由エネルギー二次構造がユーザー指定ターゲット構造であるすべてのRNA配列を決定できます。RNAifoldを使用して、10個のCIS切断ハンマーヘッドリボザイムを設計します。これらはすべて、切断アッセイによって機能的であることが示されています。さらに、RNAifoldを使用して、合成大型RNAのモジュラー単位として機能的なCISクリーニングハンマーヘッドを設計します。この小さなハンマーヘッドセットでの速度論の分析は、計算設計リボザイムの切断速度が位置エントロピー、アンサンブル欠陥、構造的柔軟性/剛性および関連測定と相関する可能性があることを示唆しています。人工リボザイムは、過去に手動またはセレックス（指数濃縮によるリガンドの系統的進化）によって設計されてきました。ただし、これは、新規機能リボザイムの最初の純粋に計算設計と実験的検証のようです。RNAIFOLDはhttp://bioinformatics.bc.edu/clotelab/rnaifold/で入手できます。

Nanotechnology and synthetic biology currently constitute one of the most innovative, interdisciplinary fields of research, poised to radically transform society in the 21st century. This paper concerns the synthetic design of ribonucleic acid molecules, using our recent algorithm, RNAiFold, which can determine all RNA sequences whose minimum free energy secondary structure is a user-specified target structure. Using RNAiFold, we design ten cis-cleaving hammerhead ribozymes, all of which are shown to be functional by a cleavage assay. We additionally use RNAiFold to design a functional cis-cleaving hammerhead as a modular unit of a synthetic larger RNA. Analysis of kinetics on this small set of hammerheads suggests that cleavage rate of computationally designed ribozymes may be correlated with positional entropy, ensemble defect, structural flexibility/rigidity and related measures. Artificial ribozymes have been designed in the past either manually or by SELEX (Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment); however, this appears to be the first purely computational design and experimental validation of novel functional ribozymes. RNAiFold is available at http://bioinformatics.bc.edu/clotelab/RNAiFold/.