Name: a fast and quantitative method for post-translational modification and variant enabled mapping of peptides to genomes
Uploaded: 2018-05-22T14:30:00
Duration: 9 min 10 s
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यह काम वेलकम ट्रस्ट (WT098051) और NIH ग्रांट (U41HG007234) द्वारा GENCODE परियोजना के लिए वित्त पोषित किया गया ।

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लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

इस प्रोटोकॉल का वर्णन कैसे सॉफ्टवेयर उपकरण पोगो और उसके ग्राफिकल यूजर इंटरफेस PoGoGUI जीनोम निर्देशांक पर पेप्टाइड्स की एक तेजी से मानचित्रण सक्षम । उपकरण मात्रात्मक, पद अनुवाद संशोधन और संदर्भ एनोटेशन का उपयोग जीनोम के लिए संस्करण सक्षम मानचित्रण जैसे अद्वितीय विशेषताएं प्रदान करता है । यह आलेख एक बड़े पैमाने पर proteogenomic अध्ययन पर विधि को प्रदर्शित करता है और अन्य उपलब्ध उपकरण18की तुलना में इसकी गति और स्मृति दक्षता पर प्रकाश डाला गया है । उपकरण TrackHubGenerator, जो जीनोमिक और जीनोम जुड़ा हुआ डेटा, पोगो, अपनी ग्राफिकल यूजर इंटरफेस के साथ के ऑनलाइन सुलभ हब बनाता है के साथ संयोजन में, बड़े पैमाने पर proteogenomics अध्ययन करने के लिए जल्दी से जीनोमिक संदर्भ में अपने डेटा कल्पना सक्षम बनाता है । इसके अलावा, हम वेरिएंट डेटाबेस और मात्रात्मक phosphoproteomics22,29के खिलाफ खोज डेटासेट के साथ पोगो की अनूठी विशेषताओं का प्रदर्शन ।
एकल फ़ाइलें, जैसे GCT फ़ाइल, बहुमूल्य दृश्य और पेप्टाइड सुविधाओं और जीनोमिक loci के बीच लिंक प्रदान करते हैं । हालांकि, यह ध्यान रखें कि इन अकेले पर आधारित एक व्याख्या मुश्किल हो सकता है या भ्रामक proteogenomics के एकल पहलुओं जैसे विशिष्टता, पोस्ट-शोधों के संशोधन, और मात्रात्मक मूल्यों के लिए अपनी सीमा की वजह से महत्वपूर्ण है । इसलिए, यह ध्यान से जो आउटपुट फ़ाइलें, विकल्प चुनते हैं, और संयोजन हाथ में proteogenomic प्रश्न के लिए उपयुक्त है और संयोजनों को संशोधित करने के लिए महत्वपूर्ण है । उदाहरण के लिए, एक विशिष्ट जीनोमिक लोकस के लिए मानचित्रण की विशिष्टता के बारे में जानकारी एक जीनोमिक सुविधा के एनोटेशन के लिए महान मूल्य का हो सकता है7, जबकि विभिंन नमूनों में ठहराव से संबंधित अध्ययन के लिए अधिक उपयुक्त हो सकता है जीनोमिक प्रोटीन बहुतायत में परिवर्तन के लिए29विशेषताएं । आउटपुट प्रत्येक सेटिंग के लिए पोगो द्वारा जनरेट किया जाना चाहिए । मामले में कोई आउटपुट उत्पंन होता है, या खाली फ़ाइलें आउटपुट फ़ोल्डर में दिखाए जाते हैं, यह वांछित सामग्री और आवश्यक फ़ाइल स्वरूप के लिए इनपुट फ़ाइलों की जांच करने के लिए अनुशंसित है । मामलों में जहां फ़ाइल प्रारूप या सामग्री पोगो की उंमीदों का पालन नहीं करता है (उदा., फसता फ़ाइल माना जाता है प्रतिलिपि अनुवाद दृश्यों से युक्त टेप के न्यूक्लियोटाइड दृश्यों में शामिल हैं), त्रुटि संदेश के लिए उपयोगकर्ता से पूछना होगा इनपुट फ़ाइलों की जांच करें ।
प्रोटोकॉल और उपकरण के प्रतिबंध ज्यादातर फ़ाइल स्वरूपों के पुनः प्रयोग पर आधारित सामांयतः जीनोमिक्स में उपयोग किया जाता है । Repurposing फ़ाइल स्वरूपों proteogenomic अनुप्रयोगों के लिए जीनोमिक्स में प्रयुक्त विशिष्ट सीमाओं के साथ है । इन जीनोमिक और proteogenomic डेटा के जीनोम केंद्रित दृश्य के लिए आवश्यकताओं के भिंन सेट की वजह से कर रहे हैं, प्रोटियोमिक् डेटा से पोस्ट-शोधों संशोधनों कल्पना की जरूरत के रूप में । यह एकल सुविधा उपयोग द्वारा जीनोमिक्स फ़ाइल स्वरूपों में प्रतिबंधित है । कई दृष्टिकोण और उपकरण प्रोटियोमिक् के लिए विकसित किया गया है के लिए आत्मविश्वास से स्थानीयकरण पेप्टाइड अनुक्रम31,३२,३३,३४के भीतर पोस्ट-शोधों संशोधनों । तथापि, जीनोम पर एक अद्वितीय और समझदार तरीके से कई संशोधनों के दृश्य जीनोमिक फ़ाइल स्वरूपों की संरचना द्वारा रुकावट है । इसलिए, एक ही प्रकार के कई PTMs के एकल ब्लॉक दृश्य संशोधन साइटों की कोई अस्पष्टता का गठन नहीं करता है, लेकिन जीनोमिक्स समुदाय से अलग आवश्यकता का परिणाम है केवल एक समय में एकल सुविधाओं कल्पना । बहरहाल, पोगो जीनोमिक पर पोस्ट-शोधों संशोधनों मानचित्रण का लाभ है निर्देशांक इस तरह के पोस्ट-शोधों संशोधनों पर एकल न्यूक्लियोटाइड वेरिएंट के रूप में जीनोमिक सुविधाओं के प्रभाव पर ध्यान केंद्रित अध्ययन को सक्षम करने के लिए. पोगो का उपयोग कर, भिन् न मैपिंग कुल मैपिंग की संख्या बढ़ाता है । हालांकि, मैप किए गए पेप्टाइड्स की अद्वितीय रंग कोडिंग अविश्वसनीय लोगों से विश्वसनीय मैपिंग हाइलाइट करता है । ज्ञात एकल न्यूक्लियोटाइड भिन्नताओं से पहचाने जाने वाले भिन्न पेप्टाइड्स की मैपिंग के साथ VCF स्वरूप में भिन्न रूप से मैप किए गए पेप्टाइड्स visualizing द्वारा किया जा सकता है । इस तरह रंग कोड एक भिन्न पेप्टाइड का एक अविश्वसनीय मैपिंग इंगित करने के लिए ज्ञात न्यूक्लियोटाइड भिन्न की उपस्थिति द्वारा सुशासन है ।
पोगो का उपयोग करने के लिए एक महत्वपूर्ण कदम सही फ़ाइलों और स्वरूपों का उपयोग है । प्रोटीन अनुक्रम GTF प्रारूप में एनोटेशन के साथ के रूप में अनुवादित प्रतिलिपि दृश्यों का उपयोग मुख्य मानदंड है । एक अंय महत्वपूर्ण तत्व जब पोगो का उपयोग कर एमिनो एसिड बेमेल के साथ पेप्टाइड्स नक्शा करने पर विचार स्मृति है । एक मानक आवेदन के लिए अत्यधिक स्मृति-कुशल, एक या दो बेमेल के साथ संभावित मैपिंग की काफी और तेजी से बढ़ती संख्या में स्मृति उपयोग18में एक समान घातीय वृद्धि की ओर जाता है । हम पहली बार बेमेल बिना पेप्टाइड्स को मैप करने और उन्हें सेट से निकालने के लिए इस प्रोटोकॉल में वर्णित के रूप में एक स्टेज्ड मैपिंग का प्रस्ताव है । बाद में पहले बिना मैप किए गए पेप्टाइड्स फिर एक बेमेल का उपयोग कर मैप किया जा कर सकते हैं और प्रक्रिया दो बेमेल के साथ दोहराया जा सकता है बिना मैप की गई पेप्टाइड्स के लिए ।
मास स्पेक्ट्रोमेट्री के प्रवाह के बाद से काफी बढ़ गया है और अध्ययन के सामने जीनोमिक और proteomic डेटा हाल के वर्षों में और अधिक लगातार होते जा रहे हैं, उपकरणों को आसानी से एक ही समंवय प्रणाली में डेटा के इन प्रकार का सामना करना पड़ सक्षम तेजी से अपरिहार्य है । यहां प्रस्तुत उपकरण जीनोमिक और proteomic डेटा गठबंधन करने के लिए एक संदर्भ एनोटेशन पर पेप्टाइड्स द्वारा छोटे और बड़े डेटासेट भर में एकीकृत अध्ययन की एक बेहतर समझ को बढ़ाने की आवश्यकता सहायता करेगा । उत्साहजनक, पोगो जीन के लिए संदर्भ एनोटेशन के रूप में एक ही प्रारूप में उपलब्ध कराई उंमीदवारों को मैप करने के लिए लागू किया गया है के लिए उपंयास जीन मानव वृषण३५में व्यक्त की एनोटेशन के प्रयासों का समर्थन । यहां प्रस्तुत दृष्टिकोण पेप्टाइड पहचान के लिए इस्तेमाल किया डेटाबेस से स्वतंत्र है । प्रोटोकॉल की पहचान और अनुवाद दृश्यों से अनुकूलित इनपुट फ़ाइलें और आरएनए-seq प्रयोगों से संबद्ध GTF फ़ाइलों का उपयोग करके उपंयास अनुवाद उत्पादों की दृश्य में सहायता हो सकती है ।
कई दृष्टिकोण और उपकरण विशेष अनुप्रयोग परिदृश्यों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ जीनोमिक निर्देशांक करने के लिए पेप्टाइड्स नक्शा करने के लिए, मानचित्रण पेप्टाइड्स से सीधे आरएनए-अनुक्रमण निर्देशित मानचित्रण के लिए जीनोम अनुक्रम से लेकर, पेश किया गया है10, 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17. हालांकि, ये एक विफलता में सही ढंग से जब पोस्ट-शोधों के संशोधन मौजूद है पेप्टाइड्स मैप करने के लिए परिणाम कर सकते हैं और आरएनए-sequencing पढ़ता की अंतर्निहित मैपिंग में त्रुटियाँ पेप्टाइड स्तर करने के लिए प्रचारित किया जा सकता है । पोगो विशेष रूप से उन बाधाओं को दूर करने के लिए विकसित किया गया है और ओर्थोगोनल जीनोमिक्स प्लेटफार्मों के साथ एकीकृत करने के लिए मात्रात्मक उच्च संकल्प proteomic डेटासेट की तेजी से वृद्धि के साथ सामना करने के लिए. यहां वर्णित उपकरण को उच्च-प्रवाह वर्कफ़्लोज़ में एकीकृत किया जा सकता है । चित्रमय अंतरफलक PoGoGUI के माध्यम से, उपकरण का उपयोग करने के लिए सरल है और कोई विशेषज्ञ bioinformatics प्रशिक्षण की आवश्यकता है ।

कोशिकाओं, जीनोम, transcriptome, और proteome में एक दूसरे को प्रभावित करने के लिए आंतरिक और बाह्य उत्तेजनाओं के लिए एक प्रतिक्रिया मिलाना और एक दूसरे के साथ बातचीत करने के लिए विशेष स्वास्थ्य और रोग के लिए अग्रणी कार्य बाहर ले । इसलिए, निस्र्पक और बढ़ाता जीन, टेप, और प्रोटीन पूरी तरह से सेलुलर प्रक्रियाओं को समझने के लिए महत्वपूर्ण है । अगली पीढ़ी के अनुक्रमण (NGS) सबसे अधिक लागू रणनीतियों में से एक की पहचान करने के लिए और जीन और प्रतिलेखन अभिव्यक्ति बढ़ाता है । हालांकि, प्रोटीन अभिव्यक्ति सामांयतः मास स्पेक्ट्रोमेट्री (एमएस) द्वारा मूल्यांकन किया जाता है । पिछले दशक में एमएस प्रौद्योगिकी में महत्वपूर्ण प्रगति और अधिक एक पूरी पहचान और proteomes के ठहराव सक्षम है, डेटा transcriptomics1के साथ तुलनीय बनाने । Proteogenomics और बहु-ओमिक्स NGS और एमएस डेटा एकीकृत करने के तरीके के रूप में शक्तिशाली कई आणविक स्तर भर में सेलुलर प्रक्रियाओं का आकलन करने के लिए दृष्टिकोण बन गए हैं, कैंसर के उपप्रकार की पहचान और उपंयास के लिए अग्रणी कैंसर में संभावित दवा लक्ष्य2 , 3. यह ध्यान दें कि proteogenomics शुरू में जीन और प्रतिलिपि एनोटेशन4के लिए proteomic सबूत उपलब्ध कराने के लिए इस्तेमाल किया गया महत्वपूर्ण है । कई जीन पहले से गैर होने लगा कोडिंग हाल ही में बड़े पैमाने पर मानव ऊतक डेटासेट5,6,7पर विचार पुनर्मूल्यांकन किया है । इसके अलावा, proteomic डेटा सफलतापूर्वक गैर मॉडल जीवों8,9में एनोटेशन प्रयासों का समर्थन करने के लिए उपयोग किया जाता है । हालांकि, proteogenomic डेटा एकीकरण और एक संयुक्त संदर्भ प्रणाली और तरीकों के लिए प्रदान करके जीनोमिक सुविधाओं और स्पष्ट पार-टेप और प्रोटीन के बीच बात करने के संबंध में प्रोटीन अभिव्यक्ति को उजागर करने के लिए शोषण किया जा सकता है सह दृश्यावलोकन ।
आदेश में प्रोटियोमिक्, transcriptomics, और जीनोमिक्स डेटा के लिए एक आम संदर्भ प्रदान करने के लिए, कई उपकरण के जीनोम पर एमएस के माध्यम से पहचान पेप्टाइड्स मानचित्रण के लिए लागू किया गया है निर्देशांक10,11,12 ,13,14,15,16,17. दृष्टिकोण मानचित्रण संदर्भ, जीनोम ब्राउज़रों के समर्थन के रूप में पहलुओं में अलग है, और अंय प्रोटियोमिक् उपकरण के साथ एकीकरण की डिग्री के रूप में चित्र 1में दिखाया गया है । हालांकि कुछ उपकरण एक जीनोम16पर अनुवाद पेप्टाइड्स रिवर्स, दूसरों को एक खोज इंजन एक प्रोटीन और जीन एनोटेशन के भीतर व्याख्या की स्थिति का उपयोग करने के लिए पेप्टाइड15के न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम पुनर्निर्माण । अभी भी दूसरों के जीनोम के एक 3 या 6 फ्रेम अनुवाद का उपयोग करने के लिए11,13के खिलाफ पेप्टाइड्स नक्शा । अंत में, कई उपकरण न्यूक्लियोटाइड दृश्यों को छोड़ और संबद्ध जीनोम के लिए पेप्टाइड्स नक्शा करने के लिए एक मध्यवर्ती के रूप में आरएनए-अनुक्रमण मैप्ड टेप से एमिनो एसिड अनुक्रम अनुवाद का उपयोग करें10,12, 14,17. हालांकि, अनुवाद न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम का एक धीमी प्रक्रिया है और कस्टम डेटाबेस पेप्टाइड मैपिंग करने के लिए प्रोपेगेट त्रुटियों के लिए प्रवण हैं । तेजी से और उच्च प्रवाह मानचित्रण के लिए, एक छोटे और व्यापक संदर्भ महत्वपूर्ण है । इसलिए, एसोसिएटेड जीनोम निर्देशांक के साथ एक मानकीकृत प्रोटीन संदर्भ जीनोम मानचित्रण के लिए सटीक पेप्टाइड के लिए आवश्यक है । proteogenomics में उपंयास पहलुओं, जैसे वेरिएंट और बाद के शोधों के संशोधन (PTMs)2,3, हाल के अध्ययनों के माध्यम से गति प्राप्त कर रहे हैं । हालांकि, ये सामांयत: आरेख 1में दिखाए गए के रूप में वर्तमान proteogenomic मैपिंग उपकरणों द्वारा समर्थित नहीं हैं । गति और मानचित्रण की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए, पोगो विकसित किया गया था, एक उपकरण है कि पेप्टाइड्स की तेजी से और मात्रात्मक मानचित्रण के जीनोम के लिए अनुमति देता है18. इसके अलावा, पोगो दो अनुक्रम वेरिएंट और व्याख्या पोस्ट-शोधों संशोधनों के साथ पेप्टाइड्स के मानचित्रण सक्षम बनाता है ।
पोगो मात्रात्मक उच्च संकल्प डेटासेट proteomes और वैश्विक संशोधनों पर कब्जा करने की तेजी से वृद्धि से निपटने के लिए विकसित किया गया है और व्यक्तिगत भिन्नता और परिशुद्धता दवा के रूप में बड़े पैमाने पर विश्लेषण के लिए एक केंद्रीय उपयोगिता प्रदान करता है. यह आलेख जीनोमिक सुविधाओं के संबंध में पोस्ट-शोधों के संशोधन की उपस्थिति की कल्पना करने के लिए इस टूल के अनुप्रयोग का वर्णन करता है. इसके अलावा, यह लेख मैप किए गए पेप्टाइड्स के माध्यम से वैकल्पिक ब्याह की घटनाओं की पहचान और एक संदर्भ जीनोम के लिए कस्टम वैरिएंट डेटाबेस के माध्यम से पहचान की पेप्टाइड्स की मैपिंग पर प्रकाश डाला गया । यह प्रोटोकॉल पोगो के इन कार्यक्षमताओं को प्रदर्शित करने के लिए19 गौरव संग्रह से डाउनलोड किए गए सार्वजनिक रूप से उपलब्ध डेटासेट को कार्यरत करता है । इसके अलावा, इस प्रोटोकॉल बड़े पैमाने पर proteogenomics अध्ययन के लिए जीनोम के लिए मैप पेप्टाइड्स के ऑनलाइन सुलभ हब के निर्माण के लिए TrackHubGenerator के आवेदन का वर्णन.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1054">
	<tbody>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:215px;">PoGo (software)</td>
			<td style="width:123px;">NA</td>
			<td style="width:344px;">NA</td>
			<td style="width:373px;">https://github.com/cschlaffner/PoGo</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">PoGoGUI (software)</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>https://github.com/cschlaffner/PoGoGUI</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">TrackHubGenerator (software)</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>https://github.com/cschlaffner/TrackHubGenerator</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Integrative Genomics Viewer (software)</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>http://software.broadinstitute.org/software/igv/</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">UCSC genome browser (website)</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>https://genome.ucsc.edu/</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">GENCODE (website)</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>http://gencodegenes.org</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Ensembl (website)</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>http://ensembl.org</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">bedToBigBed (software)</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>http://hgdownload.soe.ucsc.edu/admin/exe/</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">fetchChromSizes.sh (software)</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>http://hgdownload.soe.ucsc.edu/admin/exe/</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a fast and quantitative method for post-translational modification and variant enabled mapping of peptides to genomes

जीन, टेप के बीच क्रॉस बात करते हैं, और प्रोटीन सेलुलर प्रतिक्रियाओं की कुंजी है; इसलिए, विभिंन संस्थाओं के रूप में आणविक स्तर के विश्लेषण धीरे-एकीकृत अध्ययन करने के लिए बढ़ाया जा रहा है कोशिकाओं के भीतर आणविक गतिशीलता की समझ बढ़ाने के लिए । दृश्य और अंय ओमिक्स डेटासेट के साथ प्रोटियोमिक् के एकीकरण के लिए वर्तमान उपकरण बड़े पैमाने पर अध्ययन के लिए अपर्याप्त हैं । इसके अलावा, वे केवल बुनियादी अनुक्रम को पकड़ने की पहचान, पोस्ट अनुवाद संशोधन और quantitation खारिज । इन समस्याओं को हल करने के लिए, हमने पोगो को संबद्ध पोस्ट-शोधों संशोधनों और ठहराव जीनोम एनोटेशन के संदर्भ में मैप करने के लिए विकसित किया है । इसके अलावा, उपकरण एक एमिनो एसिड वेरिएंट को शामिल अनुकूलित अनुक्रम डेटाबेस से पहचाना पेप्टाइड्स की मैपिंग सक्षम करने के लिए विकसित किया गया था. जबकि पोगो एक कमांड लाइन उपकरण है, चित्रमय अंतरफलक PoGoGUI सक्षम बनाता है गैर bioinformatics शोधकर्ताओं को आसानी से 25 Ensembl जीनोम एनोटेशन द्वारा समर्थित प्रजातियों के लिए पेप्टाइड्स नक्शा । उत्पंन उत्पादन जीनोमिक्स क्षेत्र से फ़ाइल स्वरूपों उधार और, इसलिए, दृश्य सबसे जीनोम ब्राउज़रों में समर्थित है । बड़े पैमाने पर अध्ययन के लिए, पोगो भी proteogenomics डेटा का एक आसान साझा करने के लिए सक्षम जीनोम के लिए मैप डेटा के वेब सुलभ खजाने बनाने के लिए TrackHubGenerator द्वारा समर्थित है. छोटे प्रयास के साथ, इस उपकरण के लिए केवल कुछ ही मिनटों के भीतर जीनोम के संदर्भ में लाखों पेप्टाइड का नक्शा कर सकते हैं, अन्य उपलब्ध अनुक्रम-पहचान आधारित उपकरणों को बेहतर प्रदर्शन. यह प्रोटोकॉल proteogenomics मैपिंग के लिए पोगो के माध्यम से गुणात्मक और phosphoproteomics के सार्वजनिक रूप से उपलब्ध datasets, साथ ही बड़े पैमाने पर अध्ययन के लिए श्रेष्ठ approaches प्रदर्शित करता है ।

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A Fast and Quantitative Method for Post-translational Modification and Variant Enabled Mapping of Peptides to Genomes

यहां हम proteogenomic उपकरण पोगो और प्रोटोकॉल के लिए तेजी से वर्तमान, मात्रात्मक, पद अनुवाद संशोधन और संस्करण सक्षम पेप्टाइड्स के संदर्भ जीनोम पर जन स्पेक्ट्रोमेट्री के माध्यम से की पहचान की मैपिंग । इस उपकरण का उपयोग करने के लिए एकीकृत और कल्पना proteogenomic और व्यक्तिगत proteomic अध्ययन ओर्थोगोनल जीनोमिक्स डेटा के साथ सामना करना पड़ रहा है ।

एक तेजी से और मात्रात्मक विधि के बाद अनुवाद संशोधन और संस्करण के लिए पेप्टाइड्स की मैपिंग जीनोम के लिए सक्षम

Cross-talk between genes, transcripts, and proteins is the key to cellular responses; hence, analysis of molecular levels as distinct entities is slowly ...

Research

JoVE Journal

Genetics

Merging Absolute and Relative Quantitative PCR Data to Quantify STAT3 Splice Variant Transcripts

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