基于稳定同位素标记与质谱分析的蛋白质定量数据处理方法研究

论文摘要

在后基因组时代,随着实验技术进步与研究方法不断探索,蛋白质组学研究获得了长足发展,定量蛋白质组学也成为其研究热点。定量蛋白质组学不仅致力于高通量、高准确地对组织或细胞中表达的全部蛋白质进行鉴定,还要对其相对或者绝对丰度进行精确测定。基于稳定同位素标记与质谱分析的大规模蛋白质定量技术,是定量蛋白质组学中应用最为广泛的一种技术。对于高通量质谱定量实验,实验数据分析特别是定量分析至关重要,且数据分析方法强烈依赖于实验技术。选择合适算法是得到准确结果的可靠保证,并且随着实验技术不断改进,算法需要不断更新。为了扩展定量动态范围,出现了采用凝胶电泳分离方法将蛋白质进行预分离,然后再进行定量分析的实验策略。在分析该方法产生数据中,发现了“定量信息缺失”与“同一蛋白,多个条带”两个突出问题,这会造成定量结果缺失和定量结果不准确,因而在数据处理中需要设计针对性算法来处理这两个问题。“定量信息缺失”问题虽在现有文献已提及,但并未提出相应解决策略,针对该问题的特殊性,本文首次提出了利用精确质量时间标签策略来查找缺失定量信息的解决办法。“加和平均”方法虽然可以解决“同一条带,多个蛋白”问题,但与真实值存在偏差,本文提出“底层整合”方法,可以很好地解决该问题,且与真实值完全相同。应用结果表明,这两个问题得到了很好解决,并最终得到准确、可靠、全面的定量结果。最后,在定量软件MSAQ 1.0版本基础上,开发了MSAQ 2.0,该软件可以解决上述两个问题,并在多个生物学问题分析中得到了应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 蛋白质组学
• 1.2 定量蛋白质组学
• 1.3 大规模蛋白质定量技术
• 1.3.1 基于双向电泳（2DE Gel）与荧光标记的定量技术
• 1.3.2 基于稳定同位素标记与质谱分析的定量技术
• 1.3.3 基于质谱分析的无标记定量技术
• 1.3.4 基于蛋白质芯片的定量技术
• 1.4 定量蛋白质组中生物信息学分析
• 1.5 论文研究内容与结构
• 第二章 稳定同位素标记的质谱定量分析策略及算法
• 2.1 实验方法
• 2.1.1 稳定同位素标记
• 2.1.2 质谱分析
• 2.1.3 实验方法对数据处理方法的影响
• 2.2 定量算法
• 2.2.1 图谱定量信息提取与计算
• 2.2.2 肽段丰度比计算
• 2.2.3 蛋白质丰度比计算与差异显著性分析
• 2.2.4 定量软件
• 2.3 本章小结
• 第三章 "定量信息缺失"问题研究及解决
• 3.1 实验数据产出及分析方法
• 3.2 "定量信息缺失"问题描述及原因分析
• 3.2.1 问题描述
• 3.2.2 原因分析
• 3.3 "定量信息缺失"问题解决方法
• 3.3.1 精确质量时间标签
• 3.3.2 解决方法
• 3.4 结果分析
• 3.4.1 各条带定量蛋白质个数对比
• 3.4.2 组间蛋白质重叠情况对比
• 3.4.3 蛋白质比值加和分布对比
• 3.4.4 定量信息缺失查找比例
• 第四章 "同一蛋白,多个条带"问题研究及解决
• 4.1 "同一蛋白,多个条带"问题描述
• 4.1.1 蛋白质占有条带个数分布情况
• 4.1.2 蛋白质占有单一条带、相邻条带及其它条带分布情况
• 4.2 "同一蛋白,多个条带"问题原因分析
• 4.3 "同一蛋白,多个条带"问题解决方法
• 4.3.1 加和平均
• 4.3.2 底层整合
• 4.4 结果分析
• 4.4.1 "加和平均"与"底层整合"方法比较
• 4.4.2 相隔条带分开计算结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 定量软件MSAQ2.0开发及应用
• 5.1 软件计算流程
• 5.1.1 不同疾病状态各条带定量信息查找模块
• 5.1.2 不同条带与不同疾病状态间定量蛋白质对比模块
• 5.1.3 定量信息交叉搜索查找模块
• 5.1.4 肽段与蛋白质比值计算
• 5.2 结果显示及应用
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结及展望
• 6.1 遗留问题
• 6.1.1 "定量信息缺失"解决存在问题
• 6.1.2 "同一蛋白,多个条带"解决存在问题
• 6.2 展望
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果