一口气讲完糖肽搜索引擎

第五期

一口气讲完

糖肽搜索引擎

Protein Metrics 高准

Database search engine

Glycan-first search engine

Peptide-first search engine

本文简要介绍糖肽搜索引擎的分类和特点，帮助分析学家快速了解各类搜库软件。

简介

糖肽表征需要确定多肽序列，糖基化位点以及聚糖的组成和结构。与其他翻译后修饰不同，糖基化引起的质量增加通常大于2~3个氨基酸，往往会与漏切肽段或共享碎片离子但序列不同的肽段相互混淆，造成糖肽匹配错误；手动解析费时费力，无法推广到大规模糖肽组学。因此，科学家们开发了大量的糖肽搜库软件以实现自动化的糖肽分析。

按照搜库原理，糖肽搜索引擎大致可以分为3类：database search, glycan-first和peptide-first。Database search需要提供蛋白数据库和聚糖库，通过组合多肽和聚糖信息与串联质谱数据进行匹配，灵敏度高；后两类将糖肽串联质谱数据分割成多肽和聚糖两部分，先完成其中一个搜库，并以此为基础限制另外一个搜库空间，速度快。

Database search engine

Database search engine将糖肽作为一个整体进行搜索，这就意味着需要考虑所有可能的多肽和聚糖组合。这种搜索的复杂性，往往需要限制蛋白质和聚糖数据库大小，以便在合理的时间内完成搜库。但随着质谱技术和AI技术发展，database search engine的速度得到了大幅度的提高。以Byonic为例，可利用B离子筛选出糖肽二级谱和isobar_score_filter=50智能打分系统过滤掉质量差的糖肽二级谱，最终加快搜库速度并给出高质量的糖肽结果。

在2021年，HUPO启动了糖肽信息化解决方案评估，有众多软件的开发者和用户参与。其中Byonic的N/O糖搜库性能最好，并得益于用户友好界面，精确的图谱标识和灵活的报告模板，Byonic拥有最广泛的用户基础。

Glycan-first search engine

Glycan-first的典型特征是先用Y离子确定肽质量，并以此来限制肽的搜库空间。MAGIC和pGlyco是这个算法的典型代表，但实现方式不同。

pGlyco3采用两步法，首先使用Y离子和B离子将完整的聚糖与聚糖数据库进行匹配，然后利用前体离子质量减去聚糖质量来确定肽质量，从而在大大减少的搜索空间中匹配肽序列。

MAGIC采用三步法，首先利用五糖核心系列Y离子推测肽质量，然后在限制的搜库空间中匹配肽序列，最后深入表征聚糖的组成和结构。由于三步法依赖五糖核心，该算法主要用于N糖搜库。

Peptide-first search engine

MSFragger-Glyco是Peptide-first的典型代表，首先利用b/y离子进行肽匹配，然后利用前体离子质量减去肽质量来确定聚糖质量，最后在大大减少的搜库空间中匹配聚糖的组成和结构。与Glycan-first相比，该方法不依赖于Y离子，因此可以大大提高O糖的搜索灵敏度。

糖肽搜索引擎示例

结语

本文是糖蛋白系列文章完成篇，系统介绍了糖肽搜索引擎的分类和特点，方便科研和企业用户选择适合自己的软件。

参考文献：

[1] Polasky, Daniel A., and Alexey I. Nesvizhskii. “Recent advances in computational algorithms and software for large-scale glycoproteomics.” Current Opinion in Chemical Biology 72 (2023): 102238.

[2] Kawahara, Rebeca, et al. “Community evaluation of glycoproteomics informatics solutions reveals high-performance search strategies for serum glycopeptide analysis.” Nature methods 18.11 (2021): 1304-1316.

[3] Wu, Sz-Wei, et al. “Novel LC-MS2 product dependent parallel data acquisition function and data analysis workflow for sequencing and identification of intact glycopeptides.” Analytical chemistry 86.11 (2014): 5478-5486.

关于Protein Metrics

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