Software, LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS, LC/Orbitrap
ZaměřeníProteomika
VýrobceThermo Fisher Scientific
Význam tématu
Proteomická identifikace peptidů pomocí tandemové hmotnostní spektrometrie (MS/MS) je klíčová pro pochopení biologických procesů a vývoj biotechnologických aplikací. Zpracování chimerických spekter, kde fragmenty více peptidů konkuruje o signál, bylo historicky omezeno na nižší identifikaci peptidů a sníženou citlivost. Inovativní AI-platforma CHIMERYS přináší zásadní posun tím, že dekonvoluuje složitá spektra ve věrohodné modely fragmentací, což významně zvyšuje počet identifikovaných peptidů a proteinů bez kompromisu ve spolehlivosti kontroly falešných objevů (FDR).
Cíle a přehled studie
Cílem článku je představit a validovat vyhledávací algoritmus CHIMERYS, založený na umělé inteligenci, integrovaný v softwaru Proteome Discoverer 3.0. Studie porovnává výkon CHIMERYS s klasickými nástroji (Sequest HT, INFERYS Rescoring a Precursor Detector Node) na různých biologických vzorcích, gradientních délkách i šířkách izolačního okna. Důraz je kladen na:
- Rozšíření identifikace peptidů v běžných DDA experimentech.
- Kalibraci FDR pomocí entrapment přístupu.
- Validaci citlivosti přes simulovaná chimerická spektra (ICS).
- Optimalizaci akvizičních protokolů pro vyšší propustnost.
Použitá metodika a instrumentace
Algoritmus CHIMERYS využívá predikce fragmentačních intenzit a retenčních časů z hloubkově učení rámce INFERYS 2.0, který je datově adaptivně upgradován na experimentálních datech. Dekonvoluce spekter probíhá bez předběžného filtrování: všechny kandidátní peptidy v izolačním okně soupeří o naměřenou intenzitu fragmentů. FDR na úrovni PSM se řídí nástrojem Percolator.
- Hmotnostní spektrometry: Thermo Scientific Orbitrap Exploris 480, Thermo Scientific Orbitrap Eclipse Tribrid.
- Chromatografie: Thermo Scientific Vanquish Neo UHPLC.
- Software: Thermo Scientific Proteome Discoverer 3.0 s uzly CHIMERYS, INFERYS Rescoring, Sequest HT, Precursor Detector a Percolator.
Hlavní výsledky a diskuse
CHIMERYS v porovnání se Sequest HT zdvojnásobí počet identifikovaných peptidů v jednoshotových plných proteomech DDA a zvyšuje průměrné PSM na spektrum na ~2, přičemž identifikační míra přesahuje 80 %. Entrapment analýza s ~8× navýšením homologních sekvencí ukázala konzistentně kalibrovaný FDR. Simulovaná ICS data prokázala citlivost algoritmu > 90 %. Výhodou CHIMERYS je také možnost širších izolačních oken a kratších gradientů, které přinášejí vyšší počet PSM během kratšího času měření. Navíc algoritmus vylepšuje kvantifikaci label-free experimentů, především u nízkouhátních proteinů, a rozšiřuje pokrytí klíčových signálních drah (např. mTOR).
Přínosy a praktické využití metody
CHIMERYS nabízí:
- Výrazně vyšší počet identifikací peptidů a proteinů bez nutnosti navýšení akvizičního času.
- Robustní kontrolu FDR i v komplexních vzorcích a při entrapment testech.
- Možnost optimalizovat DDA parametry pro maximalizaci propustnosti.
- Zlepšenou kvantifikaci v label-free experimentech.
Budoucí trendy a možnosti využití
Vývoj AI-driven vyhledávacích algoritmů bude směřovat k:
- Další integraci predikcí kolizních cross-linků a modifikací post-translačními úpravami.
- Rozšíření cloudových služeb pro masivní paralelní zpracování velkých datových sad.
- Využití v klinické a průmyslové proteomice pro vysokokapacitní screening biomarkerů.
- Kombinaci s DIA (data-independent acquisition) pro komplexnější analýzy proteomů.
Závěr
CHIMERYS představuje významný pokrok v bottom-up proteomice, který díky AI-podpoře zvyšuje citlivost a efektivitu identifikace peptidů v analyzovaných vzorcích. Implementace do Proteome Discoverer 3.0 umožňuje uživatelům snadné nasazení v rutině i specializovaných výzkumných projektech.
Reference
- Zolg DP, Gessulat S, Paschke C, Frejno M et al. INFERYS rescoring: Boosting peptide identifications and scoring confidence of database search results. Rapid Commun Mass Spectrom. 2021;e9128.
- Dorfer V, Maltsev S, Winkler S, Mechtler K. CharmeRT: Boosting Peptide Identifications by Chimeric Spectra Identification and Retention Time Prediction. J Proteome Res. 2018;17(8):2581–2589.
- The M, MacCoss MJ, Noble WS, Käll L. Fast and Accurate Protein False Discovery Rates on Large-Scale Proteomics Data Sets with Percolator 3.0. J Am Soc Mass Spectrom. 2016;27(11):1719–1727.
- Müller JB, Geyer PE, Colaço AR, Mann M et al. The proteome landscape of the kingdoms of life. Nature. 2020;582:592–596.
- Bian Y, Zheng R, Bayer FP, Kuster B et al. Robust, reproducible and quantitative analysis of thousands of proteomes by micro-flow LC–MS/MS. Nat Commun. 2020;11:157.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.