Transcript 발표자료 다운로드 받기 - 프로테옴 정량분석 DB

프로테옴 데이터 분석을 위한
바이오인포매틱스 기술
2002. 11. 5.
한국기초과학지원연구원
프로테옴분석팀 권 경 훈
[email protected]
목 차
• 프로테오믹스
• 단백질의 질량스펙트럼
• 탄뎀 질량스펙트럼
• 프로테옴 데이터베이스 시스템
• ICAT 방법에 의한 프로테옴 정량분석
프로테옴 (Proteome),
프로테오믹스 (Proteomics)
 Protein + ome = Proteome
특정 세포나 특수 상황에서 만들어지고 작용하는
단백질들의 총합
 프로테오믹스(Proteomics)
환경이 바뀜에 따라서 단백질들이 어떻게 생성되고
변화하며 어떻게 상호작용하는가를 연구
Omics 와 informatics
Biotechnology
Genomics
Proteomics
Metabolomics
Genome
informatics
Proteome
informatics
Metabolism
informatics
Bioinformatics
Information Technology
Omics 의 관계
metabolomics
Molecular machinery
of cellular processes
proteomics
Characterization of
proteome
genomics
Genome
sequencing
1989
Peptide mass fingerprinting
1986
peptide sequencing by MS/MS
Proteome informatics
• 단백질 동정 기술
• 통합 Database 구축
• 단백질 기능, 구조 분석
• System biology
• 프로테오믹스
• 단백질의 질량스펙트럼
• 탄뎀 질량스펙트럼
• 프로테옴 데이터베이스 시스템
• ICAT 방법에 의한 프로테옴 정량분석
프로테옴 데이터
electrophoresis
Mass spectrometry
Database search
단백질 분리
펩타이드 분자량 측정
단백질 동정
단백질의 질량 스펙트럼
효소
질량분석기
MS spectrum
단백질
Protein
database
Protein id
A
B
Peptide
sequences
A
B
Mass spectrum
(peptide mass fingerprint)
intensity
422.25 692.35
1096.59
1451.75
Mass spectrum vs. database
Mass spectrum
database
Protein A
Protein B
Protein C
Peptide mass match
….FNSTPKYIKSEGYGPREKYQSRPKFNSTPKDYN…
Mass spectrum
Spectrum of a protein
in DB
intensity
FNSTPK
YIK
YQSRPKFNSTPK
FNSTPKYIK
422.25 692.35
1096.59
Tolerance ?
1451.75
단백질 데이터베이스
non-redundant protein DB
효소: trypsin
160000
140000
120000
100000
80000
60000
0
40000
20000
0
Peptide mass
(0-12.5kDa)
Protein mass
(0-150kDa)
PMF search programs
MS-Fit
http://prospector.ucsf.edu/
MASCOT
http://www.matrixscience.com/
PeptIdent
http://www.expasy.org/
PeptideSearch
http://www.mann.embl-heidelberg.de/
MS-Fit
아미노산 분자량
아미노산
기호
MW (Da)
아미노산
기호
MW (Da)
Alanine
A
71.03711
Methionine
M
131.04049
Cysteine
C
103.00919
Asparagine
N
114.04293
Aspartic acid
D
115.02694
Proline
P
97.05276
Glutamic acid
E
129.04259
Glutamine
Q
128.05858
Phenylalanine
F
147.06841
Arginine
R
156.10111
Glycine
G
57.02146
Serine
S
87.03203
Histidine
H
137.05891
Threonine
T
101.04768
Isoleucine
I
113.08406
Valine
V
99.06841
Lysine
K
128.09496
Tryptophan
W
186.07931
Leucine
L
113.08406
tyrosine
Y
163.06333
Peptide mass fingerprint 의
한계
• Mass tolerance 내에서 분자량이 일치하는 아미노산
서열을 찾아야 함. modification 문제
• 대부분의 경우 여러 단백질을 검색 결과로 얻으므로
검색결과의 신뢰도가 문제 발생. 확인 과정 필요
• 많은 양의 프로테옴 데이터 검색을 위해서는 batch 작
업이 필요함.
PMF search results 통계
MASCOT: matched amino acids distribution for nr DB search
800
700
frequency
600
500
400
300
200
100
0
0
10
20
30
40
50
60
70
matched amino acids
80
90
100
• 프로테오믹스
• 단백질의 질량스펙트럼
• 탄뎀 질량스펙트럼
• 프로테옴 데이터베이스 시스템
• ICAT 방법에 의한 프로테옴 정량분석
탄뎀 질량 스펙트럼
(MS/MS spectrum)
energy
효소
1st MS
단백질
Protein id
2nd MS
MS spectrum
Peptide
sequence
Protein
database
Tandem MS
spectrum
탄뎀 질량 스펙트럼
Peptide fragmentation
x3
H2N
R1
O
C
C
y3
H
a1
b1
z3
x2
R2
O
N
C
C
H
H
c1
a2
y2
b2
z2
x1
R3
O
N
C
C
H
H
c2
a3
y1
z1
R4
b3
N
C
H
H
c3
COOH
단백질 동정
(protein identification)
intensity
Peptide 의 탄뎀 질량 스펙트럼
compare
intensity
m/z
a spectrum of a peptide in database
m/z
modification
K
K
E
E
T
T
M
M
P
P
I
I
M
A
M
A
oxidation
MS/MS Search programs
MASCOT
http://www.matrixscience.com/
MS-TAG
http://prospector.ucsf.edu/
SEQUEST
http://fields.scripps.edu/sequest/
MASCOT
MASCOT
output
Sequencing
…EDCBA
intensity
…DECBA
A
m/z
B C
b1 y1 y2
DE
y3
y5 b7y7
b12 y9
y10 y12b17 y18a22
BLAST
Scores
Homology search (BLAST)
alignment score
e-value
Peptide Mass Fingerprint
Number of matched peptides
Coverage
MOWSE score
Probability based on MOWSE score
Tandem mass search
Cross-correlation coverage
• 프로테오믹스
• 단백질의 질량스펙트럼
• 탄뎀 질량스펙트럼
• 프로테옴 데이터베이스 시스템
• ICAT 방법에 의한 프로테옴 정량분석
Proteomics Trends
1.High-throughput Proteomics
High-throughput automated identification
of proteins
2. Quantitation
Quantitation of relative protein abundance
Proteome Database System for
High-Throughput proteomics
Proteome DB server
Data management system
Mass spectrometer
instrument
Mass spectrometer
Mass spectrometer
Mass spectrometer
Mass spectrometer
Mass spectrometer
Mass search program
database swissprot nr
Web server
EST
user
user
user
• 프로테오믹스
• 단백질의 질량스펙트럼
• 탄뎀 질량스펙트럼
• 프로테옴 데이터베이스 시스템
• ICAT 방법에 의한 프로테옴 정량분석
Quantitation: ICAT
(Isotope-coded Affinity Tag)
 정량적 단백질 발현 분석의 혁신적인 방법
 서로 다른 환경에서 발현된 단백질들을 비교하는
정량적 분석 방법
 2D gel 의 단점 보완
• 실험의 반복성 구현
• 실험 소요시간 단축 (1 week/exp.)
• membrane protein 분석 가능
• 작은 분자량의 단백질 측정
ICAT 방법에 의한
프로테옴 정량분석
Sample 1
d8
Mass
spectrometry
Labeled at
Cysteines
d0
Sample 2
Pool of labeled
proteins
Digest and purify
단백질 동정 (ICAT)
Mass spectrum
Tandem Mass spectrum
KBSI 프로테옴 DB 서버 구축
(KISTI 위탁과제)
DB
MALDI/TOF-TOF
ESI/Q-TOF
데이터 입력
•시료정보
•스펙트럼 데이터
•단백질 검색정보
MySQL
DB
File
system
프로테옴 DB 서버
Java
perl
PHP
Web
server
user
한국기초과학지원연구원
프로테옴분석팀
김승일 박사 : 팀장 : 2D-gel
박영목 박사 : 프론티어 과제 수행
Post doc. :
안영희, 김영혜, 권수미
유종신 박사 : 선임부장 : 질량분석
김수현 박사 : 탄수화물 분석
정영호 박사 : 형광분석기기
김영환 박사 : MALDI/TOF-TOF
최종순 박사 : DNA sequencing system
김진영 박사 : LC/MS, ESI/Q-TOF
조 건
: Tandem Mass
권경훈, 김미옥 박사 : informatics
위촉연구원 :
김재우,
황수경,
김수정,
박영재,
유용철,
이용주,
조옥기,
이정화,
권금녀,
김은아,
박은정,
이경민,
이은미,
정미영,
전영선,
김경욱,
문윤정,
송승열,
이영재,
조미선,
감사합니다.
Proteome Informatics 교육 안내
- 실험실용 Protein Informatics 시스템 개발 교육
12월 3일(화) 오후 1:00 – 5: 30
- 장소: 한국기초과학지원연구원 (대전본원)
( http://www.kbsi.re.kr/ )