ペプチドスペクトルライブラリ

ペプチドスペクトルライブラリは、 LC-MS /MSペプチドスペクトルをキュレーションし、注釈を付け、重複のない形で収集・データベース化したものです。ペプチドスペクトルライブラリの重要な用途の一つは、テンプレートと実験スペクトルの相関関係に基づき、ペプチドやタンパク質の同定をサポートするコンセンサステンプレートとして機能することです。

ペプチドスペクトルライブラリの潜在的な応用例の一つは、現在未知の新しい質量スペクトルの同定です。この場合、ライブラリのスペクトルと新しいスペクトルを比較し、一致が見つかった場合、未知のスペクトルをライブラリ内の既知のペプチドの正体として割り当てることができます。

スペクトルライブラリは1980年代から小分子の質量スペクトル同定に使用されてきました。^{[ 1 ]}ショットガンプロテオミクスの初期には、先駆的な研究により、同様のアプローチがペプチド/タンパク質同定のためのショットガンプロテオミクスに適用できる可能性があることが示唆されました。^{[ 2 ]}

ショットガンプロテオミクス

最新のタンデム質量分析 (MS)機器は、高速デューティ サイクル、優れた感度、およびこれまでにない質量精度という特徴を兼ね備えています。 タンデム質量分析は、複雑な生物系における大規模なタンパク質同定および定量に最適です。ショットガン プロテオミクス手法では、複雑な混合物中のタンパク質をトリプシンなどのタンパク質分解酵素で消化します。 次に、1 回以上のクロマトグラフィー分離を適用して得られたペプチドを分離し、これをイオン化して質量分析計で分析します。 タンデム質量スペクトルを取得するには、特定のペプチド前駆体を単離し、質量分析計で断片化します。 ペプチド前駆体の断片に対応する質量スペクトルが記録されます。 タンデム質量スペクトルには、ペプチド前駆体の配列に関する特定の情報が含まれており、ペプチド/タンパク質の同定に役立ちます。

配列データベース検索によるタンパク質同定

配列データベース検索は、現在、質量スペクトルに基づくタンパク質同定に広く利用されている。このアプローチでは、タンパク質配列データベースを用いて、与えられた設定（タンパク質分解酵素、誤切断、翻訳後修飾）におけるすべての推定ペプチド候補を計算する。配列検索エンジンは、様々なヒューリスティックを用いて各ペプチド候補の断片化パターンを予測する。このような派生パターンは、実験質量スペクトル内で十分に近い一致を見つけるためのテンプレートとして使用され、これがペプチド/タンパク質同定の基礎となる。この手法のために多くのツールが開発されており、それらは過去の多くの発見を可能にしてきた。例えば、SEQUEST ^{[ 3 ]} 、Mascot ^{[ 4 ]}などである。

配列データベース検索ワークフローの欠点

質量分析計におけるペプチドの断片化は複雑な性質を持つため、派生的な断片化パターンは実験的な質量スペクトル、特に異なる断片間の相対強度を再現するのに十分ではありません。そのため、配列データベース検索は、特異性の限界というボトルネックに直面しています。また、配列データベース検索は広大な検索空間を必要としますが、それでもペプチドの動態の可能性をすべて網羅することはできず、翻訳後修飾の影響も考慮すると、効率が限られます。検索プロセスは遅くなる場合があり、高価な高性能コンピュータが必要になります。さらに、配列データベース検索の性質上、異なるグループ間や異なる時期における研究成果が分断されてしまうという問題もあります。

利点と限界

まず、検索空間が大幅に縮小されるため、検索時間が短縮されます。次に、相対的なフラグメント強度、フラグメントからのニュートラルロス、そして様々な追加の特異的フラグメントを含む、あらゆるスペクトル特性を最大限に活用することで、スペクトル検索のプロセスはより特異的になり、一般的に真の一致と偽の一致をより正確に区別できるようになります。

スペクトルライブラリ検索は、新規ペプチドやタンパク質の発見を目的とする場合には適用できません。しかしながら、科学コミュニティの共同の貢献により、高品質な質量スペクトルがますます多く取得されており、ペプチドスペクトルライブラリの範囲は継続的に拡大していくでしょう。

コミュニティ重視の図書館を研究する

ペプチドスペクトルライブラリにおいて、最大限のカバレッジを達成することは、科学コミュニティの支援や進歩し続けるプロテオーム技術をもってしても、長期的な目標です。しかし、ペプチドスペクトルライブラリの特定のモジュール、例えば特定の細胞小器官に含まれるタンパク質や特定の生物学的表現型に関連するタンパク質などを最適化することは、より容易な目標です。例えば、ミトコンドリアプロテオームを研究する研究者は、ミトコンドリア内のタンパク質モジュールの解析に重点を置くでしょう。研究コミュニティに特化したペプチドスペクトルライブラリは、特定の研究コミュニティを対象とした包括的な研究をサポートします。

参考文献

1. Domokos, L., Hennberg, D., Weimann, B. 1984. 質量スペクトルの比較による化合物のコンピュータ支援同定. Anal. Chim. Acta 165:61-74.
2. Yates, JR, 3rd, Morgan, SF, Gatlin, CL, Griffin, PR, and Eng, JK 1998. ペプチドの衝突誘起解離スペクトルを比較する方法：ライブラリ検索とサブトラクティブ分析の可能性. Anal. Chem., 70:3557-3565.
3. Eng, JK et al. (1994) ペプチドのタンデム質量スペクトルデータとタンパク質データベースのアミノ酸配列を相関させるアプローチ. J. Am. Soc. Mass Spectrom., 5,976-989.
4. Perkins, DN et al. (1999) 質量分析データを用いた配列データベース検索による確率に基づくタンパク質同定. Electrophoresis, 20, 3551-3567.

外部リンク

• COPa図書館
• スペクトラST