基于二级结构的DNA/RNA分子动力学聚类分析：揭示无序区域的隐藏秩序与功能多样性

研究人员针对核酸分子（DNA/RNA）在转录或超长链状态下因碱基配对不完整导致的熵紊乱问题，开发了基于二级结构的聚类方法。通过碱基重组距离度量，实现了从k-均值到密度聚类等多种分类，成功解析了M13噬菌体DNA片段二级结构的广泛分布和RNA霍利迪 junction的隐藏有序性。该研究为压缩自由能景观、识别能量壁垒提供了新工具。

　　

生物大分子结构是生命活动的核心，但并非所有分子都具备明确折叠构象。内在无序区域（IDRs）广泛存在，为折叠结构赋予功能多样性。对于核酸而言，熵紊乱现象常见于碱基配对不完整的区域（如转录过程）或超过持久长度的长链分子。

为分类此类动态集合，研究者开发了基于二级结构的聚类方法，聚焦DNA和RNA。通过计算碱基重组数量构建拓扑结构距离指标（如无结结构），该方法兼容k-均值、层次聚类和密度聚类等多种算法。典型案例显示：M13噬菌体DNA片段的二级结构呈广泛分布，而RNA霍利迪 junction（Holliday junction）中潜藏的有序性被成功揭示。

该技术通过杂交破坏能垒关联聚类结果，将仅含内部重取向差异的结构归为同类，显著压缩了熵紊乱导致的庞大自由能景观。这一创新为核酸动态学研究提供了量化工具，尤其适用于转录调控、结构异构体分析等领域。