Szybka i ilościowa metoda modyfikacji potranslacyjnej i wariantów umożliwiła mapowanie peptydów do genomów
22 maja 2018
Tutaj prezentujemy narzędzie proteogenomiczne PoGo i protokoły do szybkiej, ilościowej, potranslacyjnej modyfikacji i umożliwionego mapowania wariantów peptydów zidentyfikowanych za pomocą spektrometrii mas na genomy referencyjne. To narzędzie jest przydatne do integracji i wizualizacji proteogenomicznych i osobistych badań proteomicznych w połączeniu z ortogonalnymi danymi genomicznymi.
Ogólnym celem tego protokołu oprogramowania jest zademonstrowanie wykorzystania PoGo do mapowania peptydów z powiązanymi modyfikacjami potranslacyjnymi i informacjami ilościowymi z eksperymentów spektrometrii mas w celu odniesienia genomów oraz umożliwienia integracji i wizualizacji z ortogonalnymi danymi genomicznymi. Narzędzie to może pomóc w dodawaniu informacji genomicznych do list peptydów generowanych przez badania proteomiczne spektrometrii mas, dzięki czemu można ułatwić integrację z danymi sekwencjonowania RNA. Główną zaletą tego narzędzia jest to, że jest proste w użyciu, szybkie i obsługuje dodatkowe informacje, takie jak modyfikacje potranslacyjne, kwantyfikacja i wariancja aminokwasów.
Aby rozpocząć, pobierz i zainstaluj oprogramowanie pokazane w tym filmie zgodnie z opisem w dołączonym protokole tekstowym. Po zainstalowaniu przejdź do folderu plików wykonywalnych PoGo GUI i uruchom program, klikając dwukrotnie ikonę PoGo GUI. Użyj przycisku wyboru obok pliku wykonywalnego PoGo.
Następnie przejdź do folderu plików wykonywalnych do odpowiedniego podfolderu systemu operacyjnego i wybierz plik wykonywalny PoGo. Potwierdź jego wybór, klikając przycisk otwierania. Następnie wybierz referencyjny plik wejściowy dla sekwencji białek, klikając przycisk wybierz.
Przejdź do folderu danych i wybierz plik z szybkim dniem tłumaczenia. Potwierdź jego wybór, klikając przycisk Otwórz. Wybierz plik adnotacji transkrypcji za pomocą przycisku wyboru.
Następnie przejdź do folderu danych, wybierz plik GTF adnotacji i kliknij otwórz. Dodaj plik identyfikacyjny peptydu za pomocą przycisku dodawania obok plików peptydowych. Tutaj wybierz plik w obsługiwanym formacie MZ Tab, MZ Ident ML lub MZ ID lub w formacie czterokolumnowym rozdzielonym tabulatorami.
Dodatkowo odznacz pola wyboru obok BED NGTF w wyborze formatu wyjściowego. Pozostaw zaznaczone tylko PTM BED i GCT. Następnie wybierz odpowiedni gatunek dla danych z listy rozwijanej i rozpocznij mapowanie, klikając start.
Najpierw załaduj plik wyjściowy PoGo kończący się na _ptm. bed do przeglądarki integrative genomics. Powtórz tę czynność, aby załadować również plik kończący się na _noptm.bed.
Ten plik zawiera wszystkie peptydy znalezione bez żadnych modyfikacji. Zmień kolejność ścieżek, przeciągając je i upuszczając w żądane miejsce na liście. Każdy plik będzie wyświetlany jako osobne ścieżki z nazwą pliku identyfikującą ścieżkę.
Każdy utwór jest początkowo pokazany w sposób zwinięty. Aby je rozwinąć, kliknij prawym przyciskiem myszy nazwę ścieżki i wybierz rozwinięte, aby uzyskać pełny widok peptydów, w tym sekwencji. Teraz załaduj plik kończący się na gct.
Ten plik zawiera informacje o ilościowym oznaczaniu peptydów. W przeciwieństwie do wcześniej załadowanych plików, każda próbka z adnotacjami zostanie załadowana jako osobna ścieżka. Reorganizuj próbki zgodnie z potrzebami za pomocą operacji przeciągnij i upuść.
Poruszaj się po genomie, wybierając chromosom z menu rozwijanego, klikając i przytrzymując sekcję chromosomu, aby powiększyć lub wpisując współrzędne genomu. Mapowanie PoGo może odbywać się za pomocą graficznego interfejsu użytkownika lub interfejsu wiersza poleceń. W tej części protokołu interfejs wiersza poleceń służy do podkreślenia wymienności.
Aby zmapować warianty peptydów uzyskane w poprzednich krokach w protokole tekstowym do genomu referencyjnego, otwórz wiersz polecenia i przejdź do folderu plików wykonywalnych PoGo. Następnie wpisz pokazane tutaj polecenie. Potwierdź wykonanie, naciskając Enter i poczekaj, aż wykonanie zostanie zakończone, zanim przejdziesz dalej.
Wizualizuj peptydy zmapowane bez niezgodności i z niezgodnością w przeglądarce genomiki integracyjnej. W oprogramowaniu graficznego interfejsu użytkownika PoGo dodaj pliki identyfikacyjne peptydów za pomocą przycisku dodawania obok plików peptydowych i wybierz jeden lub wiele plików, a także przeciągnij i upuść do pustego pola pod plikami peptydowymi. Następnie odznacz pola wyboru obok PTM BED, GTF i GCT w sekcji formatu wyjściowego i pozostaw zaznaczone tylko BED.
Dodatkowo wybierz opcję scal wiele plików wejściowych w jedno wyjście. Spowoduje to, że pojedynczy plik wyjściowy połączy wszystkie peptydy plików wejściowych. Pozostawienie tej opcji niezaznaczonej spowoduje sekwencyjne wykonanie programu dla każdego pliku wejściowego z osobna.
Następnie wybierz odpowiednie gatunki dla danych z listy rozwijanej, która jest spójna z plikami NGTF dnia postu. Po wybraniu rozpocznij mapowanie, klikając przycisk Start. Aby wygenerować koncentrator ścieżki z zamapowanych peptydów, otwórz okno terminala i wpisz następujące polecenie w wierszu polecenia.
Potwierdź wykonanie, naciskając Enter. Wykonanie zajmie tylko krótki czas. Po zakończeniu przenieś wygenerowany hub ścieżek wraz z całą jego zawartością na dostępny w sieci serwer FTP lub GitHub.
W przeglądarce internetowej przejdź do przeglądarki UCSC Genome i wybierz pozycję My Data Track Hubs. Następnie kliknij zakładkę Moje Huby. Skopiuj adres URL do centrum ścieżek w polu tekstowym, a następnie załaduj węzeł ścieżek, klikając przycisk Dodaj centrum.
Na koniec wybierz przeglądarkę genomu, aby przejść do widoku przeglądarki. Niestandardowe centrum ścieżek zostanie wyświetlone u góry listy. Jeśli wiele plików BED zbudowało podstawę dla koncentratora ścieżek, każdy z plików będzie reprezentowany jako oddzielna ścieżka w centrum.
PoGo i dwa inne narzędzia do mapowania proteogenomicznego są tutaj porównywane pod kątem ogólnego zużycia pamięci i analitycznego czasu działania. PoGo znacznie przewyższa inne narzędzia zarówno pod względem szybkości, jak i pamięci, a także jest w stanie mapować modyfikacje potranslacyjne i informacje ilościowe związane z peptydami na genomie. PoGo wykorzystuje opcję kolorowania, aby zapewnić łatwą pomoc wizualną w odniesieniu do unikalności mapowania peptydów w genomie.
Mapowania w kolorze czerwonym wskazują na unikalność pojedynczego transkryptu, podczas gdy blok podkreśla mapowanie do pojedynczego genu. Szare mapowania pokazują peptydy wspólne dla wielu genów. Opcja PTM BED w PoGo na nowo definiuje kod kolorystyczny, aby dostosować go do różnych typów modyfikacji potranslacyjnych, wskazując lokalizację modyfikacji za pomocą grubego bloku na zmodyfikowanej reszcie aminokwasowej.
W przedstawionych tutaj danych dotyczących proteomu reprezentujących raka jelita grubego, zidentyfikowano tylko dwa peptydy, z których każdy wykazywał pojedynczą fosforylację. Informacje zawarte w wyjściowym pliku GCT zawierają wartości ilościowe dla regionów genomu pokrytych peptydami. Peptydy rozciągające się w poprzek połączeń spawowych są dzielone na części bez łączenia.
Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje na temat łączenia, wymagany jest dodatkowo wyjściowy plik GTF. Po pobraniu i skonfigurowaniu sekwencji białek referencyjnych i adnotacji, tysiące peptydów można zmapować na współrzędne genomu w czasie krótszym niż pięć minut, jeśli nie dopuszcza się niezgodności sekwencji. Próbując mapować peptydy na genomy referencyjne za pomocą PoGo, ważne jest, aby pamiętać o użyciu translowanych sekwencji transkryptów kodujących białka i związanej z nimi adnotacji transkryptu.
Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak używać PoGo i PoGo GUI do mapowania peptydów z eksperymentów proteomicznej spektrometrii mas z powiązanymi informacjami na przywoływane genomy i ich wizualizację.
Przegląd
Ten artykuł przedstawia PoGo, narzędzie proteogenomiczne zaprojektowane do szybkiego i ilościowego mapowania peptydów zidentyfikowanych przez spektrometrię masową na referencyjnych genomach. Umożliwia integrację i wizualizację danych proteogenomicznych obok ortogonalnych danych genomiki.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Proteogenomika
- Spektrometria mas
- Integracja danych genomowych
Tło
- PoGo umożliwia mapowanie peptydów z modyfikacjami potranslacyjnymi.
- Obsługuje integrację z danymi sekwencjonowania RNA.
- Narzędzie jest zaprojektowane z myślą o łatwości użycia i szybkości.
- Obsługuje dodatkowe informacje, takie jak ilości i wariancje aminokwasów.
Cel badania
- Aby zademonstrować użycie PoGo do mapowania peptydów.
- Aby ułatwić integrację danych proteomicznych i genomowych.
- Aby zapewnić przyjazny dla użytkownika interfejs dla badaczy.
Zastosowane metody
- Instalacja i konfiguracja oprogramowania PoGo.
- Mapowanie peptydów na referencyjne genomy przy użyciu GUI i linii poleceń.
- Wizualizacja danych peptydowych w integracyjnym widoku genomiki.
- Porównanie PoGo z innymi narzędziami proteogenomicznymi.
Główne wyniki
- PoGo przewyższa inne narzędzia pod względem szybkości i zużycia pamięci.
- Efektywnie mapuje modyfikacje potranslacyjne i dane ilościowe.
- Narzędzie zapewnia wizualne pomoce do unikalności mapowania peptydów.
- Różne kody kolorów wskazują różne cechy mapowania.
Wnioski
- PoGo jest cennym narzędziem do badań proteogenomicznych.
- Ulepsza integrację danych spektrometrii masowej z informacjami genomowymi.
- Efektywność oprogramowania i przyjazny dla użytkownika design czynią je dostępnym dla badaczy.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Integrating quantitative proteomics with genomic annotation is critical for advancing target validation and mechanistic de-risking in biopharma R&D. PoGo enables rapid, scalable mapping of peptides—including post-translational modifications and sequence variants—onto reference genomes, supporting high-confidence data integration across discovery and translational workflows. This capability enhances predictive confidence and portfolio decision-making by bridging proteomic and genomic insights at scale.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables mapping of peptide-level evidence to genomic loci for functional target validation.
- Supports identification of post-translational modifications relevant to pathway interrogation.
- Facilitates mechanistic de-risking by integrating proteomic and transcriptomic data.
- Improves predictive confidence in target selection through variant-enabled mapping.
Screening & Assay Development
- Prepares validated peptide datasets for downstream quantitative and modification-specific assays.
- Standardizes mapping outputs for reproducibility and cross-study comparability.
- Enables scalable processing of large proteomics datasets for screening readiness.
- Supports robust assay development by capturing quantitative and variant information.
Translational & Preclinical Research
- Aligns proteomic findings with genomic coordinates for disease-relevant system studies.
- Enables continuity from discovery through preclinical validation by integrating omics data.
- Supports translational biomarker identification through quantitative mapping outputs.
- Facilitates risk-adjusted advancement decisions by providing comprehensive molecular context.
Pipeline & Workflow Integration
PoGo positions peptide mapping as a bridge between mass spectrometry-based proteomics and genome annotation, supporting workflows from early discovery through translational research.
- Discovery Biology: Integrates peptide-level data with genomic annotation for hypothesis testing and pathway clarification.
- Screening: Delivers standardized, quantitative outputs for assay development and compound evaluation.
- Analytics: Provides quantitative and modification-specific readouts for comparative analysis across conditions.
- Translational Research: Enables mapping of proteomic data to disease-relevant genomic regions for biomarker alignment.
- Enterprise Reuse: Offers scalable, reusable mapping infrastructure for large-scale and multi-study applications.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in target validation.
- Operational Value: Delivers rapid, standardized, and reproducible mapping of millions of peptides.
- Strategic Value: Supports informed go/no-go decisions and capital efficiency by integrating multi-omics data.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of discovery programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in proteomics, genomics, and data integration workflows.
- Needs access to mass spectrometry data, reference genome annotations, and compatible computational infrastructure.
- Demands cross-team standardization of input formats and mapping parameters.
- Supports adaptation across multiple species and model systems via Ensembl annotation compatibility.
- Dependent on accurate annotation and input data quality for optimal mapping fidelity.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
0:51
Mapping of Peptides using PoGoGUI
2:36
Visualizing in the Integrative Genomics Viewer
3:57
Mapping Peptides Identified Through a Custom Variant Database to a Reference Genome
4:44
Mapping Peptides from Multiple Files Using PoGoGUI
5:48
Generating a Track Hub from Mapped Peptides and Visualizing a Track Hub in the UCSC Genome Browser
6:50
Results: Post-translational Modification and Varient Enabled Mapping of Peptides to Genomes
8:21
Conclusion
