Überblick

Die Proteomik-Bioinformatik ist die computergestützte Disziplin, die rohe massenspektrometrische Daten in biologisches Wissen über Proteine umwandelt. Sie befasst sich mit der enormen Komplexität des Proteoms — Tausende von Proteinen, die jeweils mehrere posttranslationale Modifikationen, Spleißvarianten und Abba u produkte tragen können. Das Fachgebiet entwickelt Algorithmen für die Peptididentifizierung, Proteininferenz, Quantifizierung und statistische Validierung. Durch die Umwandlung von Spektralsignalen in identifizierte und quantifizierte Proteine ermöglicht die Proteomik-Bioinformatik Forschern, systembiologische Fragen zur Zellfunktion, Krankheitsmechanismen und Wirkstoffantworten zu stellen.

Schlüsselkonzepte

Zentral für das Gebiet ist das Datenbanksuch-Paradigma, bei dem experimentelle Tandem-Massenspektren mit theoretischen Spektren verglichen werden, die aus einer Proteinsequenzdatenbank abgeleitet wurden. Algorithmen wie SEQUEST, Mascot und MS-GF+ weisen Peptid-Spektrum-Treffer (PSMs) mithilfe von Bewertungsfunktionen zu, die Fragmentionenserien und Vorläufermasse berücksichtigen. Die Schätzung der Falscherkennungsrate (FDR) mittels Target-Decoy-Suche kontrolliert die Fehlerrate der Identifikationen. Die Proteininferenz befasst sich mit dem Problem gemeinsamer Peptide — Peptide, die mehreren Proteinen gemeinsam sind — unter Verwendung von Sparsamkeitsprinzipien und Bayes’schen Ansätzen.

Anwendungen

Die Proteomik-Bioinformatik wird in der Biomarkerentdeckung eingesetzt, wo differentielle Proteinexpression zwischen gesunden und kranken Geweben nach diagnostischen Kandidaten durchsucht wird. Sie unterstützt die Wirkstoffzielidentifizierung durch die Profilierung von Proteinmengenänderungen nach Substanzbehandlung. Das Fachgebiet treibt auch die Charakterisierung posttranslationaler Modifikationen voran und integriert sich in Proteomik- und Massenspektrometrie-Workflows. Daten aus Massenspektrometrie-Experimenten werden durch Pipelines verarbeitet, die auch Ergebnisse aus der Proteinextraktion und -reinigung einbeziehen, um sicherzustellen, dass sich die Probenqualität in der endgültigen Analyse widerspiegelt.