De novo sequencing of proteins and peptides: algorithms, applications, perspectives

Abstract

ОБЗОР194021, Санкт-Петербург, ул. Хлопина, д. 8, к. 3; эл. почта: vyatkina@spbau.ru 2 Санкт-Петербургский государственный университет; 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7-9Установление первичной структуры белков и пептидов является важным этапом при изучении их свойств. В настоящее время для решения данной задачи наиболее часто используется масс-спектрометрия. Результаты масс-спектрометрических измерений могут быть интерпретированы посредством поиска в базе данных или методами de novo секвенирования. Привлекательность последних обусловлена возможностью их применения для исследования неизвестных белков, а также тех, которые не могут быть проанализированы методами геномики или транскриптомики. В данной статье предлагается краткий обзор существующих подходов к de novo секвенированию белков и пептидов и решаемых с их помощью задач, а в завершение обозначены направления и перспективы их дальнейшего развития. масс-спектру, причем его вершины порождаются пиками, а рёбра соединяют пары вершин, "отличающихся" друг от друга на массу остатка какой-либо аминокислоты (рис. 1). Каждое ребро спектрального графа помечено соответствующей аминокислотой (с точностью до замены I/L), а любой путь в этом графе определяет аминокислотную последовательность, образованную метками составляющих его рёбер. Таким образом, полная или частичная интерпретация масс-спектра сводится к нахождению в его спектральном графе оптимального или нескольких лучших (с точки зрения используемой оценочной функции) путей.На сегодняшний день наиболее мощной и часто используемой коммерческой программой, несомненно, является PEAKS [28]; из бесплатных программных инструментов уже более десяти лет пользуется популярностью PepNovo [29]. К недавним разработкам относятся метод Twister, изначально предназначенный для de novo секвенирования пептидов по наборам тандемных масс-спектров "сверху вниз" (top-down) [30][31][32], а впоследствии адаптированный к случаю данных "снизу вверх" (bottom-up) высокого разрешения [33], и Novor [34], позволяющий обрабатывать масс-спектры триптических пептидов.Идентификация масс-спектров путем поиска в базе данных традиционно считается более надежным методом определения аминокислотной последовательности, нежели de novo секвенирование. Действительно, количество потенциально возможных интерпретаций масс-спектра, которые могут быть получены из базы данных, заведомо окажется существенно меньше числа всех возможных его интерпретаций*, а, следовательно, значительно сократится и число неверных интерпретаций, что, в свою очередь, должно уменьшить риск ошибки при попытке выбрать единственный правильный вариант. Ещё одна причина заключается в недостатке методов контроля качества результатов de novo секвенирования, сопоставимых с методами оценки уровня ложноположительных результатов (False Discovery Rate, FDR), используемых при поиске в базе данных [35]. Однако технологические достижения и алгоритмические разработки последних лет обеспечили повышение надежности методов de novo секвенирования, что открывает новые перспективы для их пр...

Algorithm of Protein Sequence Determination by Combination of the Edman Degradation Method and Shotgun Mass Spectrometry

“…Другим способом расшифровки первичной структуры белков и пептидов является масс-спектрометрический анализ пептидов, полученных при расщеплении белка с последующей идентификацией пептидов масс-спектров процедурой de novo секвенирования. Существует достаточное число алгоритмов и программ, позволяющих провести подобный анализ [2]. Однако, по понятным причинам результаты работы таких программ очень сильно зависят от качества спектров и часто не дают однозначного результата.…”