Top-down analysis of protein samples by de novo sequencing techniques

2017

Proteomes

Self Cite

De novo sequencing of tandem (MS/MS) mass spectra represents the only way to determine the sequence of proteins from organisms with unknown genomes, or the ones not directly inscribed in a genome—such as antibodies, or novel splice variants. Top-down mass spectrometry provides new opportunities for analyzing such proteins; however, retrieving a complete protein sequence from top-down MS/MS spectra still remains a distant goal. In this paper, we review the state-of-the-art on this subject, and enhance our previously developed Twister algorithm for de novo sequencing of peptides from top-down MS/MS spectra to derive longer sequence fragments of a target protein.

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

De Novo Sequencing of Top-Down Tandem Mass Spectra: A Next Step towards Retrieving a Complete Protein Sequence

2017

Proteomes

Self Cite

“…В 2014 г. был предложен комбинированный метод TBNovo для de novo секвенирования белков по наборам масс-спектров "сверху вниз" и "снизу вверх" [71], в соответствии с которым вначале выполнялось de novo секвенирование пептидов по данным "снизу вверх" с применением программы PEAKS, а затем полученные пептидные последовательности объединялись в белковую с использованием "каркаса" (scaffold), сформированного на основе данных "сверху вниз". Первым же алгоритмом de novo секвенирования белков лишь по масс-спектрам "сверху вниз", реализованным в виде свободно распространяемого программного инструмента, стал Twister [30][31][32]. Основная его идея заключается в том, чтобы дать отдельным масс-спектрам частичную, но максимально надёжную интерпретацию, а затем скомбинировать полученные таким образом теги пептидных последовательностей.…”

Section: алгоритмыunclassified

“…Необходимость в этом возникает, в частности, при разработке лекарственных препаратов на основе моноклональных антител, которые, согласно оценке экспертов, в последние годы занимают наибольшую долю фармацевтического рынка среди биопрепаратов (см., например, [73]). Поэтому неудивительно, что многие алгоритмы были либо целенаправленно разработаны для решения этой задачи [63,64,74], либо протестированы на наборах масс-спектрометрических данных для антител [30][31][32]68], а компания Bioinformatics Solutions -разработчик системы PEAKS -летом 2017 г. выпустила на рынок программный пакет PEAKS AB [74], предназначенный для de novo секвенирования антител и анализа их аминокислотных последовательностей. Все эти алгоритмы предназначены для анализа либо отдельных моноклональных антител, либо простых их смесей, называемых "коктейлями" (antibody coctails), однако недавно была предпринята попытка разработать алгоритм, позволяющий анализировать поликлональные антитела [75].…”

Section: приложенияunclassified

“…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.…”

Section: Introductionunclassified

See 1 more Smart Citation

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

2018

BMCRM

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...

De Novo Sequencing of Peptides from High‐Resolution Bottom‐Up Tandem Mass Spectra using Top‐Down Intended Methods

Dekker

et al. 2017

Proteomics

Self Cite

Despite high-resolution mass spectrometers are becoming accessible for more and more laboratories, tandem (MS/MS) mass spectra are still often collected at a low resolution. And even if acquired at a high resolution, software tools used for their processing do not tend to benefit from that in full, and an ability to specify a relative mass tolerance in this case often remains the only feature the respective algorithms take advantage of. We argue that a more efficient way to analyze high-resolution MS/MS spectra should be with methods more explicitly accounting for the precision level, and sustain this claim through demonstrating that a de novo sequencing framework originally developed for (high-resolution) top-down MS/MS data is perfectly suitable for processing high-resolution bottom-up datasets, even though a top-down like deconvolution performed as the first step will leave in many spectra at most a few peaks.