Proteome Discoverer 3.0 software with the CHIMERYS intelligent search algorithm

Význam tématu

Proteomická data generovaná v režimu závislého pořizování (DDA) často obsahují chimerické tandemové spektra vznikající koizolací více peptidů. Tradiční vyhledávací algoritmy tato spektra nedokážou plně interpretovat, což omezuje hloubku proteomické analýzy a množství identifikovaných peptidů a proteinů. Zavedení umělé inteligence do analýzy spekter otevírá nové možnosti pro zvýšení počtu peptid-spektrových zápasů a zlepšení pokrytí proteomu.

Cíle a přehled studie / článku

Tento článek představuje integraci inteligentního vyhledávacího algoritmu CHIMERYS od společnosti MSAID do softwaru Thermo Scientific Proteome Discoverer 3.0. Hlavním cílem je překonat limity dosavadních verzí softwaru a zvýšit identifikaci peptidů a proteinů z tandemových spektrometrických dat, včetně analýzy chimerických spekter a podpory HLA imunopeptidomiky ve spojení s INFERYS Rescoring.

Použitá metodika a instrumentace

Analýzu provádí software Proteome Discoverer 3.0 s následujícími komponentami:

• Algoritmus CHIMERYS™ (MSAID GmbH) pro dekonvoluci chimerických spekter pomocí umělé inteligence
• INFERYS™ 2.0 Rescoring pro zvýšení citlivosti při identifikaci HLA peptidů
• Sequest HT s INFERYS Rescoring jako benchmarková strategie
• Termo Scientific Orbitrap™ hmotnostní spektrometry pro generování dat

Spektra byly zpracována v různých experimentech s variabilními množstvími vzorku (10–500 ng) a dobami chromatografické separace (30–120 minut).

Hlavní výsledky a diskuse

1. Zvýšení počtu PSMs na spektrum: CHIMERYS našel výrazně více peptid-spektrových zápasů per MS/MS spektrum než předchozí verze Proteome Discoverer. Podíl spekter bez PSM poklesl a více spekter obsahovalo tři či více zápasů.
2. Rozšíření identifikace peptidů a proteinů:

• Počet unikátních peptidů vzrostl až o 128 % v porovnání se Sequest HT s INFERYS Rescoring.
• Počet unikátních proteinů se zvýšil až o 76 % při vyšších náloží a kratších separacích.

3. Podpora HLA imunopeptidomiky: V analýze HLA třídy I z melanomové buněčné linie vedlo INFERYS Rescoring k nárůstu peptidových identifikací o 55 % při 1% FDR, což významně rozšiřuje repertoár identifikovaných epitopek.

Přínosy a praktické využití metody

Integrace CHIMERYS a INFERYS do softwaru umožňuje:

• Hloubkovou těžbu proteomických dat bez nutnosti dalších laboratorních úprav
• Zvýšení průchodnosti analýz kratšími chromatografickými běhy a vyššími náložemi
• Komplexnější kvantifikaci biochemických drah díky doplnění chybějících dat
• Lepší identifikaci imunopeptidů pro výzkum HLA prezentace

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj umělé inteligence pro reálné časové vyhodnocení spekter, rozšíření na režim získávání dat bez závislosti (DIA) a integrace s dalšími platformami pro proteomiku. Vývoj směrem k plně automatizovaným pracovním postupům a cloudovým řešením umožní škálovat analýzy na populační studie a personalizovanou medicínu. Pokročilé algoritmy by mohly vylepšit i identifikaci post-translačních modifikací a komplexních biotechnologických vzorků.

Závěr

CHIMERYS v kombinaci s INFERYS Rescoring v rámci Proteome Discoverer 3.0 zásadně zvyšuje počet PSM, unikátních peptidů a proteinů, obzvláště při kratších separacích a vyšších náložích. Tato inovace otevírá nové možnosti pro hlubší biologické vhledy, efektivnější provoz hmotnostních spektrometrů a rozšířenou podporu imunopeptidomiky.

Reference

1. Chong C. et al. High-throughput immunopeptidomics by HLA Class I profiling. Nature Communications, 2020.