基于質(zhì)譜數(shù)據(jù)分析的蛋白質(zhì)鑒定——斷裂模型、磷酸化肽段以及譜庫搜索方法的研究.pdf

1、串聯(lián)質(zhì)譜(Tandem Mass Spectrometry)已成為蛋白質(zhì)序列鑒定的重要方法,生物實(shí)驗(yàn)和質(zhì)譜技術(shù)結(jié)合能在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的質(zhì)譜數(shù)據(jù),遠(yuǎn)超過了人工分析的能力,因此需要借助計(jì)算機(jī)對(duì)質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。目前基于串聯(lián)質(zhì)譜數(shù)據(jù)的蛋白質(zhì)鑒別方法主要有數(shù)據(jù)庫搜索(database search)方法、De Novo方法和肽段序列標(biāo)簽(peptide sequence tag)方法。其目標(biāo)是從實(shí)驗(yàn)質(zhì)譜推斷未知肽段的氨基酸序列,其中理論圖譜預(yù)

2、測是關(guān)鍵一步。但僅僅有對(duì)肽段斷裂機(jī)制的定性認(rèn)識(shí)對(duì)理論質(zhì)譜預(yù)測是不夠的,還必須定量分析影響斷裂的因素,如斷裂肽鍵位置和斷裂肽鍵種類等,從而提高理論圖譜預(yù)測的精確度,進(jìn)而提高蛋白質(zhì)鑒定的準(zhǔn)確度。
　　 蛋白質(zhì)磷酸化是生物體內(nèi)一種最重要的翻譯后修飾,控制著大量的生命活動(dòng)。因此,對(duì)磷酸化的研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義,而研究磷酸化肽段的斷裂規(guī)律有助于磷酸化肽段的鑒定和磷酸化位點(diǎn)的確認(rèn)。
　　 鑒于理論質(zhì)譜預(yù)測的復(fù)雜性,質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(ma

3、ss spectrum library)鑒定方法逐步應(yīng)用于蛋白質(zhì)鑒定領(lǐng)域,該方法避開了蛋白質(zhì)鑒定中理論圖譜預(yù)測這一難點(diǎn),而是采用直接的譜-譜比較,但存在搜索速度慢、匹配不夠精確以及存儲(chǔ)圖譜所需的內(nèi)存空間較大等一些列問題,影響蛋白質(zhì)鑒定的效率。
　　 針對(duì)上述問題,本研究進(jìn)行了如下嘗試:
　　 1.提出了肽段斷裂的新模型:
　　 在理論質(zhì)譜預(yù)測中,為克服估計(jì)b/y離子比例的困難,本研究提出了一個(gè)肽段斷裂的新模型-斷

4、裂模型,即不去具體估計(jì)b/y等離子的強(qiáng)度,而是直接估計(jì)各個(gè)肽鍵斷裂的可能性。該模型同時(shí)考慮肽鍵位置和肽鍵種類的影響。采用迭代算法對(duì)多組質(zhì)譜數(shù)據(jù)集合進(jìn)行了測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:迭代算法學(xué)習(xí)出的參數(shù)和已有定性觀察有很好的吻合；預(yù)測的理論圖譜更為精確。
　　 2.探索磷酸化肽段的斷裂規(guī)律:
　　 將斷裂模型應(yīng)用于標(biāo)注好的磷酸化肽段質(zhì)譜數(shù)據(jù)集,通過迭代算法鑒定磷酸化肽段,同時(shí)學(xué)習(xí)磷酸化肽段的斷裂規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:應(yīng)用斷裂模型的迭

5、代算法能較好地鑒定磷酸化肽段,并揭示出磷酸化肽段與非磷酸化肽段在斷裂規(guī)律上的不同。
　　 3.建立了一套基于譜庫搜索的蛋白質(zhì)鑒定新方法:
　　 我們對(duì)收集到的大量質(zhì)譜圖進(jìn)行分類和標(biāo)注,然后對(duì)可能為同一肽段的圖譜進(jìn)行合并,生成合理的合成譜,然后建立有效的索引,即所謂的圖譜“指紋”技術(shù),最后通過精確打分從譜庫中找到與輸入圖譜最相似的匹配。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該方法具有搜索速度快、存儲(chǔ)空間小和計(jì)算復(fù)雜度低等特點(diǎn)；在單個(gè)CPU下每秒可