方法文章

使用免费计算工具导航基于质谱的蛋白质组学数据

DOI：

10.3791/68707

⸱

2025年8月19日

 , 
1School of Life Sciences, Westlake University, 2Molemuse Biotech Studio

本文内容

摘要

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基于质谱的蛋白质组学数据可在开放数据库中找到，并可使用免费工具进行访问。鉴于数据库搜索和描述的复杂性，许多生物学家缺乏利用这些数据集的知识。在这里，我们提供了使用免费工具进行基本蛋白质组学数据搜索的指南。

摘要

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基于质谱 （MS） 的蛋白质组学数据，包括数据依赖采集 （DDA） 和数据独立采集 （DIA），广泛应用于生物学研究。然而，由于缺乏关于如何有效搜索和分析蛋白质组学数据的明确演示，这些数据集在验证研究中的应用仍然有限。为了填补这一空白，我们选择了一个 DDA 和一个 DIA 数据集，这些数据集存放在 PRoteomics IDEntifications 数据库 （PRIDE） 数据存储库中，以更好地说明蛋白质组学数据分析工作流程和蛋白质搜索结果的下游后处理。出于演示目的，我们使用了两个免费的计算工具：用于 DDA 数据集的 FragPipe （v22.0） 和用于 DIA 数据集的 DIA-NN （2.1.0）。使用 R 代码演示了后处理步骤，例如生成火山图和失调蛋白质列表。本研究提供了搜索和分析蛋白质组学数据的基本协议，作为有效处理蛋白质组学数据集的重要初学者指南。通过这项工作，我们的目标是为研究人员提供必要的知识，以便在他们的生物学研究中利用蛋白质组学数据。

引言

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开放获取数据存储库和自由软件工具1 的广泛采用使蛋白质组学领域发生了革命性的变化，这有助于提高研究能力和促进数据共享文化。人类蛋白质组组织 （HUPO） 蛋白质组学标准倡议 （PSI）3 建立 PRIDE2 等集中式资源，以及标准化数据格式的开发，为数据重用和集成创造了前所未有的机会。然而，蛋白质组学数据的分析和解释仍然存在重大的技术障碍，特别是对于希望对自己的实验结果进行正交验证的生物学家和医师科学家来说4。本手稿通过提出与供应商无关的计算工作流程直接解决了这一挑战，为研究人员提供了一个可访问的框架，以独立查询、分析和整合公共蛋白质组学数据与他们自己的发现，从而促进稳健的正交验证，而无需额外的湿实验室实验。这项工作特别适合寻求正交验证在自己的实验中鉴定的特定蛋白质的差异表达，并通过在广泛的已发表研究中探索其感兴趣蛋白质的表达模式来产生新假设的研究人员。通过提供分步指南，我们的目标是使更广泛的科学家能够充分利用公共蛋白质组学数据的潜力，最终增强其研究的稳健性和影响力。

在基于质谱 （MS） 的蛋白质组学中，MS1 和 MS2 扫描是数据采集的基础。MS1 扫描或调查扫描可检测和测量样品中所有离子的质荷比 （m/z....

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方案

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注意：有关工作流程的概述，请参阅 图 1，有关所用软件的详细说明，请参阅 材料表 。

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图 1：研究设计概述。请点击此处查看此图的大图。

1. 示例文件和软件设置

注意：所有应用程序均免费供个人研究使用，并且可以在个人计算机上运行（支持 Windows 和 Linux）。

  1. 为项目创建一个新目录。
  2. 下载JMU_LM2_8526_55.raw、JMU_LM2_8568_51.raw、JMU_LM....

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结果

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为了更好地说明蛋白质组学数据集的搜索，我们选择了两种类型的数据集进行分析。为了证明临床环境中失调的蛋白质，我们使用临床等关键字在 PRIDE 中搜索。具体来说，我们从临床蛋白质组肿瘤分析联盟（CPTAC）21中选择了一个适合DIA分析的数据集，从中国人类蛋白质组项目（CNHPP）中选择了另一个适合DDA分析的数据集22。这些选择有助于对软件在分析健康和疾病相关蛋白质组学数据方面的能力进行全面评估和演示。

所呈现的火山图对正常个体和胰腺导管腺癌（PDAC）患者之间以及肝细胞癌（HCC）肿瘤样本与其配对组织之间血清蛋白的差异表达进行了全面分析（图7A）。这些图利用 Log2 倍数变化 （Log2FC） 和 p 值来查明蛋白质表达的统计学显着变化。蛋白质用颜色编码以表示其重要性。在 PDAC 的背景下，红.......

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讨论

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所提出的协议通过集成 DIA-NN 和 FragPipe 等免费工具来说明蛋白质组学数据分析。成功取决于关键步骤，例如在DIA-NN中生成谱库的准确母离子选择和质量精度设置（步骤2.3）27，这些步骤依赖于仪器，对于完整的肽鉴定至关重要。同样，在 FragPipe 中进行细致的数据库设置（步骤 3.4），包括诱饵生成和污染物过滤，对于控制 FDR 至关重要。

修改和故障排除通常涉及验证软件依赖关系（例如，MSFileReader 的 .NET、FragPipe 的 Java）和管理计算资源，特别是对于大型数据集，可能需要增加 MSFragger 的内存或使用 DIA-NN 的高性能计算 （HPC）。社区论坛（例如 GitHub）提供了有价值的、不断发展的故障排除支持。

主要限制包括该协议对无标记 DIA 和 DDA 工作流程的限制，不包括全面的 PTM 分析28.......

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披露

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

F.Z. 是 Molemuse Biotech Studio 的创始人。

致谢

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

该项目由 Molemuse Biotech Studio 支持。

....

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
.NET SDK 版本 9.0.203Microsofthttps://dotnet.microsoft.com/en-us/download
DIA-NN v. 2.1.0https://github.com/vdemichev/DiaNN/releases/tag/2.0 
FragPipe v. 22.0https://github.com/Nesvilab/FragPipe/releases
MSFileReader v. 3.1 赛默飞世尔https://github.com/thermofisherlsms/MSFileReader/blob/main/MSFileReader_x64.exe
R 4.5.0 版https://cran.rstudio.com/bin/windows/base/R-4.5.0-win.exe
Rstudio 诉 2024.12.1+563https://posit.co/download/rstudio-desktop/

参考文献

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  1. Pedrioli, P. G. A., et al. A common open representation of mass spectrometry data and its application to proteomics research. Nat Biotechnol. 22 (11), 1459-1466 (2004).
  2. Perez-Riverol, Y., et al. The PRIDE database at 20 years: 2025 update. Nucl ....

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