JP2008128849A - Peptide identification method using mass spectrometry - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately and efficiently determine a predicted value of a plurality of kinds of fragment ion strengths occurring following cleavage of peptide. <P>SOLUTION: The effective atomic number obtained by multiplying the atomic number by a scaling factor is considered about each of amino acid residues constituting an fragment ion, the sum of effective atomic numbers of respective amino acid residues is used as an effective atomic number of the fragment ion (S1), and proton affinity is determined by substituting the effective atomic number into a predetermined logarithm equation (S2). Proton affinity can vary by varying the scaling factor in response to the specificity or the like of amino acid sequence, even when the constitution of the amino acid residues are the same. The fragment ion total amount calculated from activation energy is distributed in response to the proton affinity of a plurality of fragment ions produced by the same fragmenting reaction, and a further accurate fragment ion strength is determined. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ペプチド混合物を含む試料を質量分析し、これにより得られた質量スペクトルデータを用いて各ペプチドのアミノ酸配列を同定するための方法に関する。   The present invention relates to a method for mass-analyzing a sample containing a peptide mixture and identifying the amino acid sequence of each peptide using mass spectral data obtained thereby.

近年、ポストゲノム研究としてタンパク質の構造や機能の解析が急速に進められている。このようなタンパク質の構造・機能解析手法(プロテオーム解析)の一つとして、質量分析装置を用いたタンパク質の発現解析や一次構造解析が広く行われるようになってきており、四重極型イオントラップや衝突誘起分解(CID)などによって特定のピークの捕捉と開裂を行う、いわゆるMS分析(nは2以上の整数)が威力を発揮している。一般にMS(=MS/MS)分析では、まず、分析対象物から特定の質量電荷比(m/z)を有するイオンをプリカーサイオンとして選別し、該プリカーサイオンをCIDによって開裂させる。その後、開裂によって生成したイオン(プロダクトイオン)を質量分析することによって、目的とするイオンの質量や化学構造についての情報を得ることができる。 In recent years, protein structures and functions have been rapidly analyzed as post-genomic research. As one of such protein structure / function analysis methods (proteome analysis), protein expression analysis and primary structure analysis using mass spectrometers are widely performed, and a quadrupole ion trap So-called MS n analysis (n is an integer of 2 or more), which captures and cleaves a specific peak by, for example, collision induced decomposition (CID), is effective. In general, in MS 2 (= MS / MS) analysis, an ion having a specific mass-to-charge ratio (m / z) is first selected from an analysis object as a precursor ion, and the precursor ion is cleaved by CID. Then, information on the mass and chemical structure of the target ion can be obtained by mass analysis of ions (product ions) generated by cleavage.

上記のようなMS分析によってタンパク質のアミノ酸配列を決定する場合には、まず、タンパク質を適当な酵素で消化してペプチド断片の混合物としてから、該ペプチド混合物を質量分析する。このとき、各ペプチドを構成する元素には質量の異なる安定同位体が存在するため、同一のアミノ酸配列から成るペプチドであっても、その同位体組成の違いによって質量電荷比の異なる複数のピークを生じる。該複数のピークは、天然存在比が最大の同位体のみで構成されたイオン(主イオン)のピークと、それ以外の同位体を含むイオン(同位体イオン)のピークから成り、これらは1Daから数Da間隔で並んだ複数本のピークから成るピーク群を形成する。 When the amino acid sequence of a protein is determined by MS n analysis as described above, the protein is first digested with an appropriate enzyme to form a mixture of peptide fragments, and then the peptide mixture is subjected to mass spectrometry. At this time, since stable isotopes having different masses exist in the elements constituting each peptide, a plurality of peaks having different mass-to-charge ratios depending on the isotopic composition of peptides having the same amino acid sequence. Arise. The plurality of peaks are composed of peaks of ions (main ions) composed only of isotopes having the maximum natural abundance ratio, and peaks of ions containing other isotopes (isotope ions), which are from 1 Da. A peak group composed of a plurality of peaks arranged at intervals of several Da is formed.

続いて、上記のようなペプチド混合物の質量スペクトルデータの中から、単一のペプチドに由来する一組の同位体ピーク群をプリカーサイオンとして選択し、該プリカーサイオンを開裂させて得られたイオン(プロダクトイオン)の質量分析(MS分析)を行う。 Subsequently, from a mass spectrum data of the peptide mixture as described above, a set of isotope peaks derived from a single peptide is selected as a precursor ion, and ions obtained by cleaving the precursor ion ( Product ion) mass analysis (MS 2 analysis).

以上のようにして得られたプロダクトイオンのスペクトルパターンや、上記プリカーサイオンのスペクトルパターンをデータベース検索に供することによって、被検ペプチドのアミノ酸配列を決定することができる。このように質量分析により得られた質量スペクトルデータに基づいてペプチドを同定するための標準的なソフトウエアが従来より利用されている。例えば代表的なプロテオーム解析用データベース検索エンジンとして、マトリックスサイエンス社が提供しているマスコット(MASCOT)がよく知られている。   The amino acid sequence of the test peptide can be determined by subjecting the spectral pattern of the product ion obtained as described above and the spectral pattern of the precursor ion to a database search. Standard software for identifying peptides based on mass spectral data obtained by mass spectrometry is conventionally used. For example, as a typical database search engine for proteome analysis, MASCOT provided by Matrix Science is well known.

MASCOTを用いた解析では、まず得られた質量スペクトルに出現しているフラグメントイオンの質量をキーとして、データベースに登録されているペプチドの中から質量がマッチするペプチドを検索し、検索により得られた複数の候補ペプチド名をマッチ度順にランク付けしてリストアップする。分析者はこのリストを参考にしてペプチドを推定する。しかしながら、実際には候補ペプチドのリスト上で最高ランクのものが正解の物質でないことがよくあり、上記ソフトウエアによる検索は必ずしも信頼性が高いものではない。その理由として、上記ソフトウエアではフラグメントイオンの質量のマッチングは考慮されているものの、フラグメントイオンのピーク強度とのマッチングは全く又は殆ど考慮されていないことに拠るものと考えられる。   In the analysis using MASCOT, first, the peptide with the matching mass is searched from the peptides registered in the database using the mass of the fragment ion appearing in the obtained mass spectrum as a key. A plurality of candidate peptide names are ranked and listed in order of matching degree. Analysts use this list to estimate peptides. However, in reality, the highest rank in the list of candidate peptides is often not the correct substance, and the search using the software is not necessarily highly reliable. The reason for this is considered to be that although matching of fragment ion mass is considered in the above software, matching with the peak intensity of fragment ions is not considered at all or hardly.

また、MASCOTとは別にサーモ・エレクトロン社が提供するシークエスト(SEQUEST)というデータベース検索エンジンも利用されている。このソフトウエアでは、フラグメントイオン質量とそのピーク強度との両方のマッチングが考慮されている。しかしながら、基本的にはMASCOTと同様に、データベースとしては質量に関するものしか備えておらず、強度に関しては非常に簡易的な強度予測(具体的にはb/yイオン強度は全て50、aイオンや脱水・脱塩イオン強度は10)の下で候補ペプチドのフラグメントイオン強度を与えて測定により得られた質量スペクトルデータとのマッチングを評価しているだけである。したがって、強度マッチングに関してはあまり信頼性を期待できない。   Apart from MASCOT, a database search engine called SEQUEST provided by Thermo Electron is also used. This software takes into account the matching of both the fragment ion mass and its peak intensity. However, basically, just like MASCOT, the database has only mass-related data, and the strength is very simple (specifically, the b / y ion intensity is 50, Dehydration / desalting ionic strength is only evaluated by matching with mass spectral data obtained by measurement by giving fragment ionic strength of candidate peptides under 10). Therefore, the reliability cannot be expected with respect to the intensity matching.

前述のような従来の問題に鑑み、本発明者は、候補ペプチドとして与えられたアミノ酸配列に対して質量スペクトルパターンを予測し、実測のフラグメントイオン強度との相関を計算することで、候補ペプチドの信頼性を評価してペプチドを同定するという手法を提案している(非特許文献1など参照)。こうした手法では、質量スペクトルパターンを予測するためにペプチドのフラグメント強度を高い精度で予測することが重要である。従来のペプチドのフラグメント強度の基本的な予測方法を説明する。   In view of the conventional problems as described above, the present inventor predicts a mass spectrum pattern for an amino acid sequence given as a candidate peptide and calculates a correlation with the actually measured fragment ion intensity, thereby A method of evaluating the reliability and identifying the peptide has been proposed (see Non-Patent Document 1, etc.). In such a technique, it is important to predict the peptide fragment intensity with high accuracy in order to predict the mass spectrum pattern. A basic method for predicting the fragment strength of a conventional peptide will be described.

ペプチド分子イオンの開裂の過程は単分子反応と呼ばれる化学反応として知られており、その反応速度は、或る温度での化学反応の予測式であるアレニウス(Arrhenius)の式を用いて与えられる。
フラグメントイオン強度∝反応定数=A・exp(−E/R・T) …(1)
ここでEは見かけ上の活性化エネルギー、Rは気体定数、Tは絶対温度、Aは頻度因子と呼ばれる値である。或いは、活性化エネルギーEの代わりにギブスの自由エネルギーΔGを用い、
フラグメントイオン強度∝A・exp(−ΔG/R・T) …(2)
として表すこともできる。ここではAが頻度因子である。(2)式は(1)式の変形であって、この変形によって形式上ではあるが頻度因子が異なってくる。
The process of cleaving peptide molecular ions is known as a chemical reaction called a unimolecular reaction, and the reaction rate is given using the Arrhenius equation, which is a predictive equation for a chemical reaction at a certain temperature.
Fragment ion intensity ∝ reaction constant = A · exp (−E a / R · T) (1)
Here, E a is an apparent activation energy, R is a gas constant, T is an absolute temperature, and A is a value called a frequency factor. Alternatively, Gibbs free energy ΔG a is used instead of activation energy E a ,
Fragment ion intensity ∝A 0 · exp (−ΔG a / R · T) (2)
It can also be expressed as Here, A0 is a frequency factor. Equation (2) is a modification of Equation (1), and the frequency factor differs in form depending on this variation.

このようなフラグメント化反応は一種類ではなく、ペプチド分子イオンが幾つかのフラグメントイオンに開裂する際には、それぞれの開裂に対応したフラグメント化反応が存在する。その中には、bフラグメントイオンやyフラグメントイオンのように、同じ結合の開裂によるフラグメント化反応で生成されるフラグメントイオンもある。   Such a fragmentation reaction is not one kind, and when a peptide molecular ion is cleaved into several fragment ions, there is a fragmentation reaction corresponding to each cleavage. Among them, there are fragment ions generated by fragmentation reaction by cleavage of the same bond, such as b fragment ion and y fragment ion.

多くのフラグメント化反応では、アミノ酸配列の長さこそ違え、前述したようにyタイプとbタイプのフラグメントイオンが同時に発生することが多い。そして、このフラグメントイオンの総量から個々のフラグメントイオンの強度、即ち、上記例におけるyフラグメントイオンとbフラグメントイオンの強度に分配するために、カイネティック法(Kinetic Method)と呼ばれる分子運動論的な方法で分配する方法が知られている(非特許文献2参照)。   In many fragmentation reactions, the lengths of amino acid sequences are different, and y-type and b-type fragment ions are often generated simultaneously as described above. A molecular kinetic method called Kinetic Method is used to distribute the intensity of individual fragment ions from the total amount of fragment ions, that is, the intensity of y fragment ions and b fragment ions in the above example. Is known (see Non-Patent Document 2).

一方、最近、数十個のパラメータから成る数学的な算出モデルを仮定し、この仮定の下でフラグメントイオン強度のスペクトルパターンを予測する手段を与えることで、フラグメントイオンの質量と強度とを合わせたマッチングを行う手法が、非特許文献3において提案されている。この文献に記載されている計算モデルにおいては、上記アレニウスの式、及びカイネティック法に形式上合ったモデル式を採用しており、基本的に以下のような手法でペプチドの質量スペクトル強度を求めることができる。   On the other hand, recently, assuming a mathematical calculation model consisting of several tens of parameters, and providing a means to predict the spectrum pattern of fragment ion intensity under this assumption, the mass and intensity of fragment ions were combined. A technique for performing matching is proposed in Non-Patent Document 3. The calculation model described in this document employs the above-mentioned Arrhenius equation and a model equation that is formally matched to the kinetic method, and basically obtains the mass spectral intensity of the peptide by the following method. be able to.

基本式は次の(3)式である。
〔フラグメントイオン強度〕=〔関係するフラグメント化反応で生じるフラグメントイオンの総量〕×〔フラグメントイオンへの気相塩基性度に応じた配分〕 …(3)
ここで、気相塩基性度(Gas-phase basicity、以下GBと略す)は気相での塩基の強さを表す指標である。上記(3)式の右辺の2つの項は次のような手順で求める。
The basic formula is the following formula (3).
[Fragment ion intensity] = [total amount of fragment ions generated by the relevant fragmentation reaction] × [distribution to fragment ions according to gas phase basicity] (3)
Here, gas-phase basicity (hereinafter abbreviated as GB) is an index representing the strength of the base in the gas phase. The two terms on the right side of the above equation (3) are obtained by the following procedure.

〔第1ステップ:関係する結合位置でのフラグメント化反応で生じるフラグメントイオンの総量の計算〕
関係するフラグメント化反応で生じるフラグメントイオンの総量は、着目するフラグメント化反応が起こる前提となる分子配置(以下、反応配置という)となる確率に、反応位置から活性化状態へ励起される割合を乗じることにより求める。反応位置となる確率は、フラグメント化反応で開裂するペプチド結合に対する気相塩基性度から求める。一方、反応位置から活性化状態へ励起される割合は、活性化エネルギーをアレニウスの式に適用することで求める。そして、得られた割合の値を上記反応位置となる確率に乗じることで、着目する結合位置で開裂したフラグメントイオン総量を求める。
[First step: calculation of the total amount of fragment ions generated in the fragmentation reaction at the relevant binding position]
The total amount of fragment ions generated in the relevant fragmentation reaction is multiplied by the rate of excitation from the reaction position to the activated state by the probability of the molecular configuration (hereinafter referred to as reaction configuration) as the premise of the fragmentation reaction of interest. By seeking. The probability of becoming a reaction position is determined from the gas phase basicity for the peptide bond cleaved by the fragmentation reaction. On the other hand, the proportion excited from the reaction position to the activated state is obtained by applying the activation energy to the Arrhenius equation. Then, the total amount of fragment ions cleaved at the binding position of interest is obtained by multiplying the probability of the reaction position by the obtained ratio value.

〔第2ステップ:フラグメントイオンへの気相塩基性度に応じた配分の計算〕
着目しているフラグメント化反応で発生した複数のフラグメントイオンの発生量を個別に求めるために、上記第1ステップで求めたフラグメントイオン総量をカイネティック法に基づく手法、即ち、フラグメントイオンの気相塩基性度の大きさに応じて、exp{GB/(R・Teff)}(但し、Teffは有効温度と呼ばれ、衝突ガスの種類や圧力、ペプチド分子の大きさ、分解前のイオンの電荷数等に依存する値)の重みを付与して各フラグメントイオンに配分する。この際、フラグメントイオンの気相塩基性度はアミノ酸残基の気相塩基性度を用い、次の(4)式を仮定して求められるものとしている。
exp{GB/(R・Teff)}=Σexp{GB/(R・Teff)} …(4)
ここでGBは求めようとするフラグメントイオンの気相塩基性度で、iはいま想定しているペプチド分子を構成するアミノ酸残基に付与した連番である。つまり、GBはi番目のアミノ酸残基の気相塩基性度を意味する。以下の説明においても、便宜上、連番はN末端側のアミノ酸残基から順番に付与されているものとする。
[Second step: Calculation of distribution according to gas phase basicity to fragment ions]
In order to individually determine the amount of a plurality of fragment ions generated in the fragmentation reaction of interest, a method based on the kinetic method is used to determine the total amount of fragment ions determined in the first step, that is, the gas phase base of fragment ions. Exp {GB / (R · T eff )} (where T eff is called the effective temperature, depending on the magnitude of the nature, the type and pressure of the collision gas, the size of the peptide molecule, the ion before decomposition, A weight of a value that depends on the number of charges, etc.) is assigned and distributed to each fragment ion. At this time, the gas phase basicity of the fragment ion is obtained by using the gas phase basicity of the amino acid residue and assuming the following equation (4).
exp {GB / (R · T eff )} = Σexp {GB i / (R · T eff )} (4)
Here, GB is the gas phase basicity of the fragment ion to be obtained, and i is a serial number assigned to the amino acid residue constituting the peptide molecule currently assumed. That is, GB i means the gas phase basicity of the i-th amino acid residue. Also in the following description, for convenience, it is assumed that sequential numbers are given in order from the amino acid residue on the N-terminal side.

以上のように非特許文献3に記載の手法では、気相塩基性度や活性化エネルギー、有効温度などの物理的な量を用いてフラグメントイオン強度を計算している。そして、簡単な計算式や評価式で上記物理量を算出できるようにし、さらに、仮定した計算式にこれら物理量を代入することによりペプチド分子の質量スペクトル強度を求めることができるようにしている。この際、これら物理量を求めるための簡単な計算式や評価式に用いるパラメータは予め、幾つかのフラグメントイオン強度の観測事例に矛盾しないようにパラメータフィッティングなどの手法で決められる。また、仮定した計算式の下でできるだけ多くの事例に対応できるように、一つの物理量を二つ以上のパラメータに分割し、パラメータフィッティングによってそれらパラメータ値を決めるようにしている。   As described above, in the method described in Non-Patent Document 3, the fragment ion intensity is calculated using physical quantities such as gas phase basicity, activation energy, and effective temperature. The physical quantity can be calculated by a simple calculation formula or evaluation formula, and the mass spectrum intensity of the peptide molecule can be obtained by substituting these physical quantities into the assumed calculation formula. At this time, parameters used in simple calculation formulas and evaluation formulas for obtaining these physical quantities are determined in advance by a technique such as parameter fitting so as not to contradict several fragment ion intensity observation cases. Further, one physical quantity is divided into two or more parameters so that as many cases as possible can be dealt with under the assumed calculation formula, and the parameter values are determined by parameter fitting.

しかしながら、上述した従来のフラグメントイオン強度の算出方法では、計算式や評価式を立てる上での幾つかの仮定や簡単化に無理があり、それ故に正確性を損ねるおそれがあると思われる。具体的には次のようなことが挙げられる。
〔1〕単一アミノ酸の気相塩基性度の評価値は標準的な文献データと矛盾する。例えば、非特許文献3に基づけば、グリシン、アラニンやイソロイシンの気相塩基性度の評価値はお互いの差が1kJ/mol程度でしかないが、NISTで公開されている標準データ(非特許文献4参照)で比べるとその差がグリシンとアラニンとで15kJ/mol程度、グリシンとイソロイシンとで30kJ/mol程度、と大きく相違する。
〔2〕フラグメントイオンの気相塩基性度のフラグメントイオンの種類への依存性について例を挙げて言えば、同じアミノ酸配列であれば、bタイプのフラグメントイオンとyフラグメントイオンの気相塩基性度は末端のNH2とCOOHの寄与について若干考慮されているのみで、bタイプのフラグメントイオンの持つ特徴的なC末端構造による寄与を十分には反映できていない。
However, in the conventional method for calculating the fragment ion intensity described above, some assumptions and simplifications in formulating the calculation formula and the evaluation formula are unreasonable, and therefore, the accuracy may be impaired. Specific examples include the following.
[1] The evaluation value of gas phase basicity of a single amino acid is inconsistent with standard literature data. For example, based on Non-Patent Document 3, the evaluation value of gas phase basicity of glycine, alanine and isoleucine is only about 1 kJ / mol, but the standard data published by NIST (Non-Patent Document) 4)), the difference is significantly different between glycine and alanine, about 15 kJ / mol, and between glycine and isoleucine, about 30 kJ / mol.
[2] Regarding the dependence of the fragment gas phase basicity on the type of fragment ion, for example, in the case of the same amino acid sequence, the gas phase basicity of the b type fragment ion and the y fragment ion Is only slightly considered for the contribution of terminal NH 2 and COOH, and does not fully reflect the contribution due to the characteristic C-terminal structure of b-type fragment ions.

〔3〕(4)式はフラグメントイオンを構成するアミノ酸残基の種類の依存性のみを考慮し、アミノ酸残基の配列の依存性についてはあまり考慮していない。即ち、C末端側に隣り合うアミノ酸残基の影響を僅かに考慮しているだけである。しかしながら、これは明らかに一般性に欠けるものである。例えばプロリン(ピロリジン−2−カルボン酸)のように、他のアミノ酸と大きく異なり環の中にアミノ基の窒素を含む形態の分子構造を持つような特徴的な分子結合を示すアミノ酸残基が含まれている場合には、そのアミノ酸残基(例えばプロリン)がアミノ酸配列の中でどこに位置するのかによって、イオン化のエネルギー状態は異なる筈である。したがって、少なくとも上記のような特異なアミノ酸残基を含む場合には、アミノ酸残基の配列によって気相塩基性度も変わると考えるのが妥当である。   [3] Equation (4) considers only the dependency of the type of amino acid residue constituting the fragment ion, and does not consider much the dependency of the amino acid residue sequence. That is, the influence of the amino acid residue adjacent on the C-terminal side is only considered slightly. However, this is clearly lacking in generality. For example, proline (pyrrolidine-2-carboxylic acid), which contains amino acid residues that are characteristically different from other amino acids and have a characteristic molecular bond that has a molecular structure with an amino group nitrogen in the ring. The ionization energy state should be different depending on where the amino acid residue (eg, proline) is located in the amino acid sequence. Therefore, it is reasonable to consider that the gas phase basicity varies depending on the amino acid residue sequence when at least the above-mentioned specific amino acid residues are included.

表1は、プロリン(P)を含む各種ジペプチドについて、プロリンがN末端側に存在する場合(P−Xのアミノ酸配列)とC末端側に存在する場合(X−Pのアミノ酸配列)のプロトン親和力(プロトンを引きつける力)PAをそれぞれ分子動力学法による計算で求めた結果を示している。

Figure 2008128849
この表により、同じアミノ酸の組み合わせであってもプロリンの位置によってプロトン親和力が相違することは明らかであり、同様のことは気相塩基性度についても予想される。なお、この表において、P−XとX−PとのPAの値の開きは大きな場合で10〜15kcal/mol即ち40〜60kJ/molほどあり、このような大きな相違は非特許文献3による評価方法では説明できない。また非特許文献3に基づいて、G−P、A−P、I−P、L−PやV−Pなどの気相塩基性度を評価しても、互いの評価値には殆ど差がなく1kJ/mol程度であるが、表1に示すPAの計算結果ではその差が最大13kcal/mol即ち50kJ/molほどにも及ぶ。 Table 1 shows proton affinities of various dipeptides containing proline (P) when proline is present on the N-terminal side (PX amino acid sequence) and when it is present on the C-terminal side (XP amino acid sequence). (Force of attracting protons) The results obtained by calculating PA by molecular dynamics method are shown.
Figure 2008128849
From this table, it is clear that even in the same amino acid combination, the proton affinity differs depending on the position of proline, and the same is expected for the gas phase basicity. In this table, the difference in PA value between PX and XP is about 10 to 15 kcal / mol, that is, about 40 to 60 kJ / mol, and such a large difference is evaluated by Non-Patent Document 3. It cannot be explained by the method. Moreover, even if gas-phase basicity, such as GP, AP, IP, LP, and VP, is evaluated based on Non-Patent Document 3, there is almost no difference between the evaluation values. Although it is about 1 kJ / mol, the difference in the calculation results of PA shown in Table 1 reaches a maximum of 13 kcal / mol, that is, about 50 kJ / mol.

梶原、石田、竹内、「第一原理計算を利用したペプチドフラグメント予測法と定性分析への応用」、第54回質量分析総合討論会、大阪、2006Sugawara, Ishida, Takeuchi, “Peptide fragment prediction method using first-principles calculation and its application to qualitative analysis”, 54th General Meeting of Mass Spectrometry, Osaka, 2006 ラスキン(Julia Laskin)ほか1名、「ザ・セオリティカル・ベイシス・オブ・ザ・カイネマティック・メソッド・フロム・ザ・ポイント・オブ・ビュー・オブ・フィニット・ヒート・バス・セオリー(The Theoretical Basis of the Kinematic Method from the Point of the View of Finite heat bath Theory)」、ジャーナル・オブ・フィジックス・ケミストリー・エー(J. Phys. Chem. A)、2000、pp.8829-8837Julia Laskin and one other, "The Theoretical Basis of The Kinematic Method From The Point Of View Of The Finite Heat Bath Theory the Kinematic Method from the Point of the View of Finite heat bath Theory), Journal of Phys. Chem. A, 2000, pp. 8829-8837. ジャン(Z.Zhang)、「プレディケイション・オブ・ロー−エナジー・コリジョン−インデュースド・ディソシエイション・スペクトラ・オブ・ペプチドズ(Predication of Low-Energy Collision-Induced Dissociation Spectra of Peptides)」、アナリティカル・ケミストリー(Analytical Chemistry)、 Vol.76、No.14、July 15, 2004、 pp.3908-3922Z. Zhang, “Predication of Low-Energy Collision-Induced Dissociation Spectra of Peptides” Analytical Chemistry, Vol.76, No.14, July 15, 2004, pp.3908-3922 「ナショナル・インスティテュート・オブ・スタンダーズ・アンド・テクノロジー(National Institute of Standards and Technology)」、NIST、[平成18年11月15日検索]、インターネット<URL : http://webbook.nist.gov/>"National Institute of Standards and Technology", NIST, [searched November 15, 2006], Internet <URL: http://webbook.nist.gov/>

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、与えられたペプチドのフラグメントイオン強度を従来よりも正確に予測することにより、質量スペクトルデータに基づくタンパク質やペプチドのアミノ酸配列の決定精度を一層高めることができるペプチド同定方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to predict the fragment ionic strength of a given peptide more accurately than before, and thereby to analyze proteins and proteins based on mass spectral data. It is an object of the present invention to provide a peptide identification method that can further improve the accuracy of determining the amino acid sequence of a peptide.

上記課題を解決するために成された本発明は、MS分析により取得された質量スペクトルデータに基づいて被検試料中のペプチド混合物のアミノ酸配列を決定するペプチド同定方法であって、候補ペプチドのフラグメントイオン強度を予測して質量スペクトルパターンを求め、これと実測の質量スペクトルとの比較により候補ペプチドの妥当性を判断するペプチド同定方法において、ペプチドのフラグメント化反応で生じる複数種のフラグメントイオン毎のフラグメントイオン強度を予測するために、
a)フラグメント化反応で生じるフラグメントイオンの強度を求める強度計算ステップと、
b)該フラグメントイオン強度をフラグメントイオン種類毎に与えられるプロトン親和力又は気相塩基性度に応じて分配する分配ステップと、
とを含み、フラグメントイオン種類毎のプロトン親和力又は気相塩基性度を計算する際に、フラグメントイオンを構成するアミノ酸残基のそれぞれについて実際の原子数にアミノ酸配列の特異性を反映した補正係数を乗じた有効原子数を求め、アミノ酸残基毎の有効原子数の和から求まる該フラグメントイオンの有効原子数を、所定の近似計算式に適用してプロトン親和力又は気相塩基性度を算出するようにしたことを特徴としている。
The present invention made to solve the above problems is a peptide identification method for determining the amino acid sequence of a peptide mixture in a test sample based on mass spectral data obtained by MS n analysis, comprising: In a peptide identification method for determining the validity of a candidate peptide by calculating the mass spectrum pattern by predicting the fragment ion intensity and comparing this with the actually measured mass spectrum, each of the plurality of fragment ions generated in the fragmentation reaction of the peptide To predict fragment ionic strength,
a) an intensity calculation step for determining the intensity of fragment ions generated in the fragmentation reaction;
b) a distribution step of distributing the fragment ionic strength according to the proton affinity or gas phase basicity given to each fragment ion type;
When calculating the proton affinity or gas phase basicity for each type of fragment ion, a correction factor that reflects the specificity of the amino acid sequence in the actual number of atoms for each amino acid residue constituting the fragment ion The number of effective atoms multiplied is calculated, and the number of effective atoms of the fragment ion obtained from the sum of the number of effective atoms for each amino acid residue is applied to a predetermined approximate calculation formula to calculate proton affinity or gas phase basicity. It is characterized by that.

本発明に係るペプチド同定方法の一態様として、前記所定の近似計算式は、有効原子数とプロトン親和力又は気相塩基性度との非線形関係を対数で近似した式とすることができる。   As one aspect of the peptide identification method according to the present invention, the predetermined approximate calculation formula may be a formula that approximates the nonlinear relationship between the number of effective atoms and proton affinity or gas phase basicity logarithmically.

或るアミノ酸配列のペプチド分子についてのフラグメント化反応で生じるフラグメントイオン種類(例えばyタイプとbタイプのフラグメントイオン)毎のフラグメントイオン強度を算出する際に、各フラグメントイオンのプロトン親和力(又は気相塩基性度)が必要となるが、従来、プロトン親和力や気相塩基性度といった値はかなり大まかにしか与えられなかった。これに対し本発明に係るペプチド同定方法では、プロトン親和力や気相塩基性度を従来よりも高い精度で、且つ実用的な計算量や計算時間で求める方法を提供する。   When calculating the fragment ion intensity for each type of fragment ion (for example, y-type and b-type fragment ions) generated in a fragmentation reaction for a peptide molecule having a certain amino acid sequence, the proton affinity (or gas phase base) of each fragment ion is calculated. However, conventionally, values such as proton affinity and gas phase basicity have been given only roughly. On the other hand, the peptide identification method according to the present invention provides a method for obtaining proton affinity and gas phase basicity with higher accuracy than before and with a practical calculation amount and calculation time.

即ち、アミノ酸残基毎に原子数に適当な補正係数を乗じた有効原子数なるものを考え、アミノ酸配列に含まれるアミノ酸残基の種類がたとえ同じであっても、その配列順序によってプロトン親和力や気相塩基性度が影響を受けるような場合には、補正係数をそれぞれに合わせて修正することで有効原子数を変え、それによってプロトン親和力や気相塩基性度も変化するようにした。具体的には、例えば、アミノ酸配列中に塩基性アミノ酸が存在する場合に、該塩基性アミノ酸がN末端に存在するか否かで異なる補正係数を与えるようにするとよい。また、アミノ酸配列中にプロリンが存在する場合に、該プロリンと隣接する他のアミノ酸残基との組み合わせで該プロリンがN末端に存在するか否かで異なる補正係数を与えるようにするとよい。   In other words, considering the number of effective atoms obtained by multiplying the number of atoms by an appropriate correction factor for each amino acid residue, even if the types of amino acid residues contained in the amino acid sequence are the same, the proton affinity or When the gas phase basicity is affected, the number of effective atoms is changed by correcting the correction coefficient according to each, so that the proton affinity and the gas phase basicity are also changed. Specifically, for example, when a basic amino acid is present in an amino acid sequence, a different correction coefficient may be given depending on whether the basic amino acid is present at the N-terminus. In addition, when proline is present in the amino acid sequence, different correction factors may be given depending on whether the proline is present at the N-terminus in combination with other amino acid residues adjacent to the proline.

また同一のフラグメント化反応から生じるフラグメントイオンでもそのタイプによって有効原子数を変えることで、プロトン親和力や気相塩基性度の精度をさらに上げることができる。例えばb−yフラグメント化反応ではyフラグメントイオンとbフラグメントイオンとが生成されるが、同じアミノ酸配列であっても後者は前者より原子数が3個少ないためにそれを有効原子数に反映させる。   In addition, the accuracy of proton affinity and gas phase basicity can be further increased by changing the number of effective atoms depending on the type of fragment ions generated from the same fragmentation reaction. For example, in the by fragmentation reaction, a y fragment ion and a b fragment ion are generated, but even if they have the same amino acid sequence, the latter has three fewer atoms than the former, and therefore reflects the number of effective atoms.

従来、(4)式にあるように、気相塩基性度(プロトン親和力も同様)はフラグメントイオンの種類やアミノ酸残基の配列の影響を考慮していないものであったが、本発明に係るペプチド同定方法によれば、プロトン親和力や気相塩基性度をフラグメントイオンの種類やアミノ酸残基の配列の影響を考慮してより高い精度で求めることができる。それにより、ペプチドのフラグメント化反応で生じるフラグメントイオン種類毎にフラグメントイオン強度を高い精度で計算することができ、それ故に、これに基づいたペプチドの同定の信頼性を向上させることができる。   Conventionally, as shown in the equation (4), the gas phase basicity (same as proton affinity) has not been considered in consideration of the type of fragment ion or the sequence of amino acid residues. According to the peptide identification method, proton affinity and gas phase basicity can be determined with higher accuracy in consideration of the influence of the type of fragment ion and the sequence of amino acid residues. Thereby, the fragment ion intensity can be calculated with high accuracy for each type of fragment ion generated in the fragmentation reaction of the peptide, and therefore the reliability of peptide identification based on this can be improved.

また、上記のような補正係数は特にプロトン親和力や気相塩基性度に対する影響が大きいものについてのみ異なる値を用意しておけばよく、さらに同定処理の際に一々計算するのではなく、予め計算しておいた値をデータベース化して同定処理の際にはデータベース検索により適当な値を得るようにすることができる。したがって、上記のような精度向上を図りながら、コンピュータ上での計算量や計算時間が膨大になることを回避でき、効率的な同定処理を実行してスループットの向上を図ることができる。   In addition, it is sufficient to prepare different values for the correction coefficients as described above only for those that have a large influence on proton affinity and gas phase basicity, and are not calculated one by one during the identification process, but are calculated in advance. It is possible to obtain an appropriate value by searching the database by making the database into a database and performing the identification process. Therefore, it is possible to avoid an enormous amount of computation and computation time on the computer while improving accuracy as described above, and it is possible to improve throughput by executing efficient identification processing.

本発明の一実施形態によるペプチド同定方法の全体の手順をまず説明する。図1は本実施形態のペプチド同定方法における解析処理の概略フローチャートである。実際には、この解析処理は、新規のプロテオーム解析用ソフトウエアをコンピュータ上で動作させることにより実行される。   First, the overall procedure of the peptide identification method according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic flowchart of analysis processing in the peptide identification method of the present embodiment. Actually, this analysis processing is executed by operating new proteome analysis software on a computer.

まず分析対象の物質(ペプチド)を例えばイオントラップ飛行時間型質量分析装置で質量分析(MS分析)して質量スペクトルデータを収集する(ステップS1)。次いで、この質量スペクトルデータに対し、既存のプロテオーム解析用データベース検索ソフトウエア(例えばMASCOT)を利用して解析処理を実行する。即ち、質量スペクトルに出現しているフラグメントイオンの質量(厳密には質量電荷比、m/z値)をキーとして、データベースに登録されているペプチドの中から質量がマッチするペプチドを検索する(ステップS2)。そして、検索により得られた複数のペプチド分子をマッチ度順にランク付けしてリストアップする(ステップS3)。従来は、このリストアップされたペプチド分子の中から、分析者自らの判断(例えば最もスコアが高いものを選択する等)により同定を行う必要があったが、本発明に係る解析処理によれば、ステップS4以降の処理によりさらに候補の絞り込み(換言すればより確度の高い判断材料の提供)を行うことができる。 First, a substance (peptide) to be analyzed is subjected to mass analysis (MS n analysis) using, for example, an ion trap time-of-flight mass spectrometer, and mass spectrum data is collected (step S1). Next, an analysis process is performed on the mass spectrum data using existing database search software for proteome analysis (for example, MASCOT). That is, using the mass of fragment ions appearing in the mass spectrum (strictly speaking, the mass-to-charge ratio, m / z value) as a key, a peptide whose mass matches is searched from peptides registered in the database (step S2). Then, the plurality of peptide molecules obtained by the search are ranked and listed in order of match degree (step S3). Conventionally, it has been necessary to identify from the listed peptide molecules by the analyst's own judgment (for example, selecting the one with the highest score). According to the analysis processing according to the present invention, Further, candidates can be further narrowed down (in other words, more highly accurate determination material can be provided) by the processing after step S4.

即ち、リストアップされた候補ペプチドの中で他と比べて明らかにスコアが高い複数の候補ペプチドを選定し、各候補のそれぞれのアミノ酸配列についてフラグメントイオン強度を計算することで質量スペクトルパターンを予測する。そのために、まずフラグメント化反応で生じるフラグメントイオン総量を計算し(ステップS4)、さらに計算により求まるプロトン親和力(又は気相塩基性度)に応じて同一のフラグメント化反応で生じる複数のフラグメントイオンへの強度の配分を行ってフラグメントイオン強度を求める(ステップS5)。こうして求められたフラグメントイオン強度から各候補ペプチドの質量スペクトルパターンを予測し、実測により得られた質量スペクトルとの相関による強度マッチング評価を行う(ステップS6)。そして、その相関性の評価結果を比べて最も可能性の高い候補ペプチドを選定して例えばモニタの表示画面上等に提示する(ステップS7)。このステップS4〜S7による新規の機能が、従来の標準的なデータベース検索ソフトウエアによる機能と組み合わせられ、これにより従来よりも信頼度の高い同定結果が期待できる。   That is, among candidate peptides listed, a plurality of candidate peptides with clearly higher scores than others are selected, and the mass spectrum pattern is predicted by calculating the fragment ion intensity for each amino acid sequence of each candidate. . For this purpose, first, the total amount of fragment ions generated in the fragmentation reaction is calculated (step S4), and further, a plurality of fragment ions generated in the same fragmentation reaction according to the proton affinity (or gas phase basicity) determined by the calculation are calculated. The intensity distribution is performed to determine the fragment ion intensity (step S5). The mass spectrum pattern of each candidate peptide is predicted from the fragment ion intensity thus determined, and intensity matching evaluation is performed by correlation with the mass spectrum obtained by actual measurement (step S6). Then, by comparing the correlation evaluation results, the most likely candidate peptide is selected and presented, for example, on a display screen of a monitor (step S7). The new function by these steps S4 to S7 is combined with the function by the conventional standard database search software, so that an identification result with higher reliability than the conventional can be expected.

本実施形態によるペプチド同定方法は、特にステップS4及びS5の処理に特徴を有している。これらについて以下に詳しく説明する。   The peptide identification method according to the present embodiment is particularly characterized by the processes in steps S4 and S5. These will be described in detail below.

(1)フラグメント化反応で生じるフラグメントイオン総量の計算方法
図3はフラグメントイオン強度の計算方法をエネルギー準位で示した原理説明図であり、(a)はプロトン親和力をベースにした、(b)は気相塩基性度をベースにした原理説明図である。表現は異なるが、いずれも(1)式で示したアレニウスの反応式に基づいたフラグメントイオン強度計算式を利用している。
(1) Method for calculating the total amount of fragment ions generated in the fragmentation reaction FIG. 3 is a principle explanatory view showing the method for calculating the fragment ion intensity in terms of energy levels, (a) based on proton affinity, (b) FIG. 2 is a diagram illustrating the principle based on gas phase basicity. Although the expressions are different, each uses a fragment ion intensity calculation formula based on the Arrhenius reaction formula shown in Eq. (1).

CID等のフラグメント化反応で生じるフラグメントイオンの総量は、(1)式に示したアレニウスの反応式を用いて求める。その際、パラメータの1つとして関連フラグメントの活性化エネルギーEを与える必要がある、活性化エネルギーは、ペプチドの初期状態から、着目しているフラグメントイオンの活性化状態、即ち遷移状態までのエネルギーの差として直接計算で求めることも可能であるが、ここでは二つの状態エネルギー差の和で考える。即ち、例えば図3(a)に示すように、初期状態であるプリカーサイオン(XY−H)の状態から開裂するペプチド結合位置(反応分子位置と呼ぶ)までプロトン(H)が移動するための移動エネルギーEと、反応分子位置(X−H−Y)から遷移状態(X−H−Y)に移行するためのエネルギー変化量(以下、活性化エネルギーE’と呼ぶ)とに分けて計算を行う。 The total amount of fragment ions generated in the fragmentation reaction such as CID is determined using the Arrhenius reaction equation shown in equation (1). At that time, it is necessary to provide the activation energy E a of the associated fragment as one of the parameters, the activation energy is the energy from the initial state of the peptide, the activation state of fragment ions of interest, i.e. to the transition state It is also possible to obtain the difference directly by calculation, but here we consider the sum of the two state energy differences. That is, for example, as shown in FIG. 3A, the proton (H + ) moves from the precursor ion (XY-H + ), which is the initial state, to the peptide bond position (called the reactive molecule position) that is cleaved. energy variation for migration and moving energy E H, the transition state from the reaction molecules position (X-H + -Y) ( X-H + -Y *) (hereinafter, referred to as the activation energy E a ') Perform the calculation separately.

このようにエネルギーを分割した上で、近似計算として、活性化エネルギーE’は開裂するペプチド結合の両側に存在する2又は3個のアミノ酸配列分子モデルに簡単化して求める。このように簡単化できる理由は、フラグメント化反応がペプチド結合付近の局所的な反応であるとみて構わないためである。また、プロトンの移動エネルギーEに関しては、移動の初めと最後にプロトンの存在するアミノ酸を組み合わせてできるジペプチドに分子モデルを簡単化して求める。このように分子モデルを簡単化できるのは、プロトンはそれ自身近くの原子と強く結合していて、遠くに存在する原子や分子との結合力は無視できるものとし、プロトンとの結合に直接関与しない部分を省略しても構わないためである。 After dividing the energy in this way, as an approximate calculation, the activation energy E a ′ is obtained by simplifying the molecular model of two or three amino acid sequences existing on both sides of the peptide bond to be cleaved. The reason for this simplification is that the fragmentation reaction can be regarded as a local reaction near the peptide bond. As for the movement energy E H proton, obtained by simplifying the molecular model dipeptides formed by combining the first and last the presence of protons to the amino acid of the mobile. In this way, the molecular model can be simplified because protons are strongly bonded to nearby atoms, and the bond strength with distant atoms and molecules can be neglected. This is because the portion not to be omitted may be omitted.

上述したように2又は3個のアミノ酸配列分子モデルに簡単化して活性化エネルギーE’やプロトンの移動エネルギーEを求めるためには、予めアミノ酸配列の組み合わせ毎に活性化エネルギーE’、プロトン移動エネルギーEを計算してデータベース化しておき、結合を与えるとそのデータベースから対応したエネルギーE’、Eが導出されるようにしておくとよい。共通アミノ酸の種類はたかだか20種類であるが、例えば5個のアミノ酸配列の組み合わせを考えただけでも、bフラグメントイオン、yフラグメントイオンの2種を考えると、エネルギーの計算対象は205×2=64×105と膨大な数となり、これを全て計算するのには膨大な時間を要する。これに対し、上記のように2又は3個のアミノ酸配列分子モデルに簡単化することで、計算対象の数を大幅に減らすことができ、コンピュータを用いて比較的短時間で計算することができるので、活性化エネルギーE’、プロトン移動エネルギーEを呼び出すためのデータベースを比較的容易に構築することができる。 And simplified to two or three amino acid sequences molecular models as described above activation energy E a 'in order to determine the movement energy E H of and proton activation energy E a for each combination of pre-amino acid sequence', The proton transfer energy E H is calculated and stored in a database, and when a bond is given, the corresponding energy E a ′ and E H are derived from the database. Although there are at most 20 types of common amino acids, for example, even if only a combination of 5 amino acid sequences is considered, if two types of b fragment ions and y fragment ions are considered, the energy calculation target is 20 5 × 2 = It becomes a huge number of 64 × 10 5, and it takes a lot of time to calculate all of this. On the other hand, by simplifying to 2 or 3 amino acid sequence molecular models as described above, the number of objects to be calculated can be greatly reduced, and calculation can be performed in a relatively short time using a computer. Therefore, the database for calling the activation energy E a ′ and the proton transfer energy E H can be constructed relatively easily.

なお、過去の研究により、フラグメント化反応は大別して、モバイルプロトンモデル又はリモートプロトンモデルと呼ばれる2つの反応メカニズムのいずれかで行われることが知られており、リモートプロトンモデルではフラグメント化反応においてプロトンが移動しない場合がある(それらの反応メカニズムの詳細については例えば特願2006−4553号など参照)。この場合にはプロトンの移動エネルギーEの計算は行わずに直接、活性化エネルギーEのみを計算するが、その場合でも計算方法はE’の計算方法に準じればよい。 In the past research, it is known that the fragmentation reaction is roughly divided into two reaction mechanisms called the mobile proton model or the remote proton model. In the remote proton model, protons are used in the fragmentation reaction. In some cases, the reaction mechanism does not move (see, for example, Japanese Patent Application No. 2006-4553). In this case directly without performing the calculation of the moving energies E H proton, but calculates only activation energy E a, calculation method even in this case it may be Junjire the calculation of E a '.

また、フラグメント化反応の過程をプロトン親和力でなく気相塩基性度で考える場合には、図3(a)と対比した図3(b)に示すように、プロトンの移動エネルギーEに代えたプロトンの移動自由エネルギー(ΔG)、E’に代えた反応分子位置(X−H−Y)から遷移状態(X−H−Y)を経て分解するときの活性化自由エネルギー(ΔG’)の和で活性化自由エネルギー(ΔG)を表せばよい。 Further, when the fragmentation reaction process is considered not by proton affinity but by gas phase basicity, as shown in FIG. 3 (b) in contrast to FIG. 3 (a), the proton transfer energy E H is used instead. Proton transfer free energy (ΔG H ), activation free energy when decomposing via the transition state (XH + -Y * ) from the reactive molecule position (XH + -Y) in place of E a ′ ( The activation free energy (ΔG a ) may be expressed by the sum of ΔG a ′).

以上のようにして活性化エネルギーE(又は活性化自由エネルギーΔG)が求まれば、他のパラメータ、気体定数R、温度T、頻度因子A(又はA)は既知であるから、アレニウスの反応式によりフラグメントイオン強度、つまりはフラグメント化反応で同時に生じるXイオンとYイオンのフラグメントイオンの総量を算出することができる。 If the activation energy E a (or activation free energy ΔG a ) is obtained as described above, the other parameters, gas constant R, temperature T, and frequency factor A (or A 0 ) are known, so Arrhenius The fragment ion intensity, that is, the total amount of fragment ions of X ions and Y ions generated simultaneously in the fragmentation reaction can be calculated from the above reaction formula.

(2)複数種のフラグメントイオンへのプロトン親和力(又は気相塩基性度)に応じたフラグメントイオン強度の配分計算方法
質量スペクトルパターンを求めるには、着目しているフラグメント化反応で発生した複数種類のフラグメントイオンの発生量を種類毎(例えばbフラグメントイオンとyフラグメントイオン)に個別に求める必要がある。そこで、ステップS4で求めたフラグメントイオン総量をカイネティック法に基づく手法、即ち、フラグメントイオンのプロトン親和力PA(又は気相塩基性度GB)の大きさに応じて、exp{PA/(R・Teff)}(又はexp{GB/(R・Teff)})の重みでもって各フラグメントイオンに配分する。
(2) Fragment ion intensity distribution calculation method according to proton affinity (or gas phase basicity) to multiple types of fragment ions To obtain a mass spectrum pattern, multiple types generated by the fragmentation reaction of interest It is necessary to individually determine the amount of generated fragment ions for each type (for example, b fragment ions and y fragment ions). Therefore, the total amount of fragment ions obtained in step S4 is calculated based on the kinetic method, that is, exp {PA / (R · T) according to the proton affinity PA (or gas phase basicity GB) of the fragment ions. eff )} (or exp {GB / (R · T eff )}).

例えば代表的なフラグメント化反応プロセスであるb−yフラグメント化反応では、bフラグメントイオンとyフラグメントイオンとが発生するが、bフラグメントイオン、yフラグメントイオンのプロトン親和力(又は気相塩基性度)をそれぞれPAb、PAy(又はGBb、GBy)としたとき、配分比は、
bフラグメントイオン配分比=expPAb/(expPAb+expPAy) …(5)
yフラグメントイオン配分比=expPAy/(expPAb+expPAy) …(6)
となる。気相塩基性度GBを用いる場合には、上記(5)、(6)式においてPAb、PAyの代わりにGBb、GByを使用すればよい。この配分方法自体はカイネテッィク法そのものであるが、この計算に用いるフラグメントイオンのプロトン親和力(又は気相塩基性度)を次のような特徴的な方法で求める。
For example, in a by fragmentation reaction, which is a typical fragmentation reaction process, b fragment ions and y fragment ions are generated, but the proton affinity (or gas phase basicity) of b fragment ions and y fragment ions is increased. When PAb and PAy (or GBb and GBy) are used, the distribution ratio is
b Fragment ion distribution ratio = expPAb / (expPAb + expPAy) (5)
y fragment ion distribution ratio = expPAy / (expPAb + expPAy) (6)
It becomes. When the gas phase basicity GB is used, GBb and GBy may be used instead of PAb and PAy in the above formulas (5) and (6). This allocation method itself is the kinetic method itself, but the proton affinity (or gas phase basicity) of the fragment ions used for this calculation is obtained by the following characteristic method.

過去の研究(ジョン・ホーメス、ほか2名(John L. Hohmes, Christiane Aubry, and Paul M. Mayer)、「プロトン・アフィニティーズ・オブ・プライマリー・アルカノールズ:アン・アプレイザル・オブ・ザ・カイネマティック・メソッド(Proton Affinities of Primary Alkanols: An Appraisal of the Kinematic Method)」、ジャーナル・フィジックス・ケミストリー(J. Phys. Chem.)、A,103, pp.705-709(1999)参照)によれば、同一系列の一級アルカノール(Primary Alkanols) 化合物について、原子数とプロトン親和力との間には一つの曲線関係が存在すると仮定し、この曲線を利用して同一系列に属する未知のアルカノールのプロトン親和力を予測している。   Past work (John L. Hohmes, Christiane Aubry, and Paul M. Mayer), “Proton Affinities of Primary Alkanols: An Appraisal of the Kinematics・ Proton Affinities of Primary Alkanols: An Appraisal of the Kinematic Method ”, Journal Physics Chemistry (J. Phys. Chem.), A, 103, pp.705-709 (1999)) For the same series of primary alkanols (Primary Alkanols), assuming that there is a curve relationship between the number of atoms and proton affinity, this curve is used to predict the proton affinity of unknown alkanols belonging to the same series. is doing.

本実施形態によるペプチド同定方法でも基本的にはこの原理を利用してフラグメントイオンの原子数からプロトン親和力を求めるが、単なる原子数ではなくアミノ酸残基の種類や配列などを考慮した有効原子数という新たな概念を導入する。即ち、フラグメントイオンを構成するアミノ酸残基のそれぞれについて、原子数に補正係数(以下、スケーリング因子と呼ぶ)を乗じた有効原子数を与え、各アミノ酸残基の有効原子数の和をフラグメントイオンの有効原子数とする。また、フラグメントイオンのプロトン親和力(又は気相塩基性度)と有効原子数との非線形関係を対数式で表しておき、この対数式に有効原子数を代入することでプロトン親和力(又は気相塩基性度)を簡単に求められるようにする。   The peptide identification method according to the present embodiment also basically uses this principle to determine the proton affinity from the number of atoms of the fragment ion, but it is not the mere number of atoms but the effective number of atoms considering the type and sequence of amino acid residues. Introduce a new concept. That is, for each amino acid residue constituting the fragment ion, the effective number of atoms obtained by multiplying the number of atoms by a correction coefficient (hereinafter referred to as a scaling factor) is given, and the sum of the effective number of atoms of each amino acid residue is given as the fragment ion. The number of effective atoms. In addition, a nonlinear relationship between the proton affinity (or gas phase basicity) of the fragment ion and the number of effective atoms is represented by a logarithmic expression, and the proton affinity (or gas phase base is substituted by substituting the effective number of atoms into this logarithmic expression. (Sensitivity) is easily obtained.

具体的には、例えばyフラグメントイオンの場合について考えると、yフラグメントイオンは一般にn個のアミノ酸残基から成るペプチド分子イオンの構造を有しているので、次の(7)式により有効原子数Nを表す。
N=P・L+P・L+…+P・L+3 …(7)
ここでL及びPはそれぞれ、アミノ酸配列のN末端側から数えてi番目のアミノ酸残基の原子数及びスケーリング因子である。全てのスケーリング因子Pが1ならば、有効原子数Nはyフラグメントイオンの原子数と同じとなる。ここで、(7)式の右辺右端の「3」は、C末端に結合する水酸基(−OH)とN末端に結合する水素基(−H)の原子数である。そして(7)式で定義した有効原子数Nを用いて、yフラグメントイオンのプロトン親和力を次の(8)式で表す。
PA=a・ln{b・(N−3)}=a・ln{b・(P・L+P・L+…+P・L)} …(8)
ここでa、bは定数であり、実際のプロトン親和力の値とできるだけマッチングするように予めパラメータフィッティングで決められる。
Specifically, considering the case of the y fragment ion, for example, since the y fragment ion generally has the structure of a peptide molecule ion consisting of n amino acid residues, the number of effective atoms can be calculated by the following equation (7). N is represented.
N = P 1 · L 1 + P 2 · L 2 +... + P n · L n +3 (7)
Here, L i and P i are respectively the number of atoms and the scaling factor of the i-th amino acid residue counted from the N-terminal side of the amino acid sequence. If all the scaling factors P i are 1, the number of effective atoms N is the same as the number of atoms of the y fragment ion. Here, “3” at the right end of the right side of the formula (7) is the number of atoms of the hydroxyl group (—OH) bonded to the C-terminal and the hydrogen group (—H) bonded to the N-terminal. The proton affinity of the y fragment ion is expressed by the following equation (8) using the effective number of atoms N defined by the equation (7).
PA = a · ln {b · (N−3)} = a · ln {b · (P 1 · L 1 + P 2 · L 2 +... + P n · L n )} (8)
Here, a and b are constants and are determined in advance by parameter fitting so as to match the actual proton affinity value as much as possible.

なお、(8)式に示した対数式において、有効原子数Nをそのまま用いずに(N−3)を変数としているが、これはNとしても構わない。但し、その場合には定数a、bを新たなパラメータフィッティングで決めればよい。   In the logarithmic expression shown in the equation (8), (N-3) is used as a variable without using the effective number of atoms N as it is, but this may be N. In this case, however, the constants a and b may be determined by new parameter fitting.

一方、bフラグメントイオンの場合には、次の(9)式によりプロトン親和力PAbを計算する。
PAb=a・ln{b・(N−6)}=a・ln{b・(P・L+P・L+…+P・L−3)} …(9)
同じアミノ酸残基から成るyフラグメントイオンとbフラグメントイオンとでは、bフラグメントイオンのほうが原子数が3個少ないため、(9)式ではこれを考慮した式としている。
On the other hand, in the case of b fragment ions, the proton affinity PAb is calculated by the following equation (9).
PAb = a · ln {b · (N−6)} = a · ln {b · (P 1 · L 1 + P 2 · L 2 +... + P n · L n −3)} (9)
In the y fragment ion and the b fragment ion composed of the same amino acid residue, the b fragment ion has three fewer atoms, so the equation (9) takes this into account.

上記(8)、(9)式においては、フラグメントイオンを構成するアミノ酸残基の種類には依存するものの、その序列には依存しない形式としてプロトン親和力を定義している。但し、プロトン親和力の値がアミノ酸残基の序列にも多少の影響を受けることは、従来から知られている。特にアミノ酸配列の両端であるN末端、C末端は分子構造が途切れることからプロトン親和力が影響を受け易いと考えられ、その中でもN末端はモバイルプロトンモデルにおいては、フラグメント化反応の初期にプロトンのいる分子位置であることから、このN末端にプロリンや塩基性アミノ酸などの特定のアミノ酸が存在するとプロトン親和力が無視できない程度に変化することが予想される。   In the above formulas (8) and (9), proton affinity is defined as a form that depends on the type of amino acid residues constituting the fragment ion but does not depend on the order of the amino acid residues. However, it is conventionally known that the value of proton affinity is somewhat affected by the order of amino acid residues. In particular, proton affinity is considered to be easily affected by the molecular structure being interrupted at the N-terminal and C-terminal at both ends of the amino acid sequence. Among them, the N-terminal has a proton at the beginning of the fragmentation reaction in the mobile proton model. Since it is a molecular position, if a specific amino acid such as proline or basic amino acid is present at the N-terminus, it is expected that the proton affinity changes to a level that cannot be ignored.

そこで、特に分子構造の途切れるN末端での影響の大きさを考慮し、N末端に塩基性アミノ酸が存在する場合にはN末端にそうしたアミノ酸が無い場合とは異なるスケーリング因子を割り当てるようにする。また、プロリンのような他のアミノ酸とは異なる特徴的な分子構造を持つアミノ酸については、隣接するアミノ酸との組み合わせによってもプロトン親和力が影響を受けると考えられる。そこで、プロリンのような特異なアミノ酸が存在する場合には、そのプロリンと隣接するアミノ酸との組み合わせ一つ一つについて異なるスケーリング因子を与えるものとする。このようにスケーリング因子が変わると、仮に元の原子数は同じであっても有効原子数は変わり、それに伴いプロトン親和力も変化することになる。   Therefore, considering the magnitude of the influence at the N-terminal where the molecular structure is interrupted, a scaling factor different from that when there is no such amino acid at the N-terminal is assigned when a basic amino acid is present at the N-terminal. In addition, regarding amino acids having a characteristic molecular structure different from other amino acids such as proline, the proton affinity is considered to be influenced by the combination with adjacent amino acids. Therefore, when a unique amino acid such as proline is present, a different scaling factor is given to each combination of the proline and the adjacent amino acid. If the scaling factor changes in this way, the effective number of atoms changes even if the original number of atoms is the same, and the proton affinity also changes accordingly.

気相塩基性度GBに対してもプロトン親和力PAと同様に表すことができる。即ち、yフラグメントイオン及びbフラグメントイオンについてそれぞれ次式で気相塩基性度GBy、GBbを表すものとする。
GBy=a’・ln{b’・(P’・L+P’・L+…+P’・L)} …(10)
GBb=a’・ln{b’・(P’・L+P’・L+…+P’・L−3)} …(11)
ここでa’、b’は定数であり、実際の気相塩基性度とできるだけマッチするようにカーブフィッティングで予め決めておく。P’、Lはそれぞれi番目のアミノ酸残基の原子数、スケーリング因子である。そしてプロトン親和力と同様に、特定のアミノ酸がN末端にある場合とそうでない場合とで異なるスケーリング因子を割り当てて気相塩基性度が変化するようにする。またプロリンについても同様である。
The gas phase basicity GB can be expressed similarly to the proton affinity PA. That is, for the y fragment ion and the b fragment ion, the gas phase basicities GBy and GBb are respectively expressed by the following equations.
GBy = a ′ · ln {b ′ · (P 1 ′ · L 1 + P 2 ′ · L 2 +... + P n ′ · L n )} (10)
GBb = a ′ · ln {b ′ · (P 1 ′ · L 1 + P 2 ′ · L 2 +... + P n ′ · L n −3)} (11)
Here, a ′ and b ′ are constants, and are determined in advance by curve fitting so as to match the actual gas phase basicity as much as possible. P i ′ and L i are the number of atoms of the i-th amino acid residue and the scaling factor, respectively. Similarly to the proton affinity, the gas phase basicity is changed by assigning different scaling factors depending on whether a specific amino acid is at the N-terminus or not. The same applies to proline.

具体的には、(8)〜(11)式で用いられるスケーリング因子P(又はP’)は定数a、b(又はa’、b’)とともに実験データとマッチングするように決められるべき定数であるから、これらの値は多くの観測データと比較して最小二乗法により予め求めておくことができる。そうした求めた値を例えばテーブル形式でデータベース化しておき、与えられたアミノ酸配列に応じて適当な値を読み出して来て上記のような計算式を用いて、フラグメントイオン毎にプロトン親和力(又は気相塩基性度)を算出することができる。 Specifically, the scaling factor P i (or P i ′) used in the equations (8) to (11) should be determined so as to match the experimental data together with the constants a and b (or a ′ and b ′). Since they are constants, these values can be obtained in advance by the least square method in comparison with many observation data. The obtained values are compiled into a database in a table format, for example, and appropriate values are read according to the given amino acid sequence, and the proton affinity (or gas phase) is calculated for each fragment ion using the above formula. Basicity) can be calculated.

また、別の方法でスケーリング因子Pを決めることもできる。即ち、n=1の場合、yフラグメントイオンはアミノ酸イオンであることに着目すれば、アミノ酸のプロトン親和力はよく知られているので、逆にアミノ酸のプロトン親和力からスケーリング因子を求めることができる。この場合は、(8)式においてi番目のアミノ酸残基一つのみから成るyフラグメントイオン(=アミノ酸イオン)を想定し、そのアミノ酸イオンのプロトン親和力をPAと置けば、(8)式は
PA=a・ln(b・P・L) …(12)
つまり、
={1/(b・L)}exp(PA/a) …(13)
と変形することができる。したがって、実験や理論的な考察などから得られるアミノ酸イオンのプロトン親和力PAの値を(13)式に代入すれば、スケーリング因子Pを求めることができる。
Also, the scaling factor P i can be determined by another method. That is, when n = 1, if attention is paid to the fact that the y fragment ion is an amino acid ion, the proton affinity of the amino acid is well known, and conversely, the scaling factor can be obtained from the proton affinity of the amino acid. In this case, assuming a y fragment ion (= amino acid ion) consisting of only one i-th amino acid residue in the equation (8) and setting the proton affinity of the amino acid ion as PA i , the equation (8) is PA i = a · ln (b · P i · L i ) (12)
That means
P i = {1 / (b · L i )} exp (PA i / a) (13)
And can be transformed. Therefore, the scaling factor P i can be obtained by substituting the value of proton affinity PA i of amino acid ions obtained from experiments and theoretical considerations into the equation (13).

また(8)式を変形すると、
exp(PA/a)=b・(P・L+P・L+…+P・L) …(14)
のようになる。この式に上記(13)式を代入すれば、
exp(PA/a)=exp(PA/a)+exp(PA/a)+…+exp(PA/a) …(15)
となる。この式は形式上は(4)式と似ているが、意味するところは全く相違する。即ち、(15)式の指数因子の分母aは定数であり、一方、(4)式の指数因子の分母R・Teffで有効温度Teffはペプチド分子の質量電荷比、m/z値等に依存する値であって定数ではない(上記非特許文献3参照)。
Also, if equation (8) is transformed,
exp (PA / a) = b · (P 1 · L 1 + P 2 · L 2 +... + P n · L n ) (14)
become that way. Substituting the above equation (13) into this equation,
exp (PA / a) = exp (PA 1 / a) + exp (PA 2 / a) + ... + exp (PA n / a) ... (15)
It becomes. This formula is similar in form to equation (4), but the meaning is completely different. That is, the denominator a of the exponential factor in the equation (15) is a constant, while the effective temperature Teff is the denominator R · Teff of the exponential factor in the equation (4), which is the mass-to-charge ratio of the peptide molecule, m / z value, etc. Is a constant that is not a constant (see Non-Patent Document 3 above).

なお、必ずしも(13)式を用いてスケーリング因子Pを決める必要はなく、できるだけ実際のフラグメントイオンのプロトン親和力(又は気相塩基性度)にマッチするようにパラメータフィッティング等で決めればよい。 Incidentally, not necessarily (13) the not necessary to determine the scaling factor P i with may be determined by a parameter fitting or the like so as to match as possible to the actual proton affinity of fragment ions (or gas phase basicity).

上述の方法でフラグメントイオン毎のプロトン親和力を算出する際の具体例を説明する。表2はポリグリシン(G、GG、GGG、GGGG、GGGGG)やポリアラニン(A、AA、AAA、AAAA)など、分子量の小さなアミノ酸の配列から構成されるペプチドのプロトン親和力を、B3LYP/6−311+G(2d,p)のレベルでの密度汎関数法を用いた分子動力学計算で求めた結果を示している。

Figure 2008128849
A specific example of calculating the proton affinity for each fragment ion by the above method will be described. Table 2 shows the proton affinity of peptides composed of amino acid sequences of small molecular weight, such as polyglycine (G, GG, GGG, GGGG, GGGGG) and polyalanine (A, AA, AAA, AAAA), B3LYP / 6- The result calculated | required by the molecular dynamics calculation using the density functional method in the level of 311 + G (2d, p) is shown.
Figure 2008128849

この結果を利用して、(8)式にあるパラメータa、bを、横軸を原子数N−3、縦軸をプロトン親和力とした曲線のカーブフィッティングから決めることができる。即ち、グリシン(G)やアラニン(A)などのアミノ酸のスケーリング因子Pをともに1であると仮定してカーブフィッティングを行うと、その結果は、
PA[kcal/mol]=11.395・ln(N−3)+190.86 …(16)
と得られる。これを(8)式の形に変形すれば、定数a、bは、
a=11.395[kcal/mol]、b=1.88016×10
と求まる。
Using this result, the parameters a and b in the equation (8) can be determined from curve fitting of a curve with the horizontal axis representing the number of atoms N-3 and the vertical axis representing the proton affinity. That is, glycine Doing curve fitting assuming (G) and are both 1 for scaling factor P i of amino acids such as alanine (A), the result is
PA [kcal / mol] = 11.395 · ln (N−3) +190.86 (16)
And obtained. If this is transformed into the form of equation (8), the constants a and b are
a = 11.395 [kcal / mol], b = 1.88016 × 10 7
It is obtained.

表3はグリシン、アラニン以外の各種アミノ酸に対して上記定数a、bの値を用い、アミノ酸のプロトン親和力の値からスケーリング因子を求めた例である。ここで示していないアミノ酸についても同様にしてスケーリング因子を求めることができる。

Figure 2008128849
このように定数a、b及びスケーリング因子Pを決めておけば、(8)式を用いて任意のyフラグメントイオンのプロトン親和力を、(9)式を用いて任意のbフラグメントイオンのプロトン親和力をそれぞれ予測値として計算することができる。 Table 3 is an example in which the scaling factors were obtained from the proton affinity values of amino acids using the values of the constants a and b for various amino acids other than glycine and alanine. Scaling factors can be obtained in the same manner for amino acids not shown here.
Figure 2008128849
If the constants a and b and the scaling factor P are determined in this way, the proton affinity of an arbitrary y fragment ion can be calculated using the equation (8), and the proton affinity of an arbitrary b fragment ion can be calculated using the equation (9). Each can be calculated as a predicted value.

表4は上記結果を利用して2個のアミノ酸から成るyフラグメントイオン、換言すればジペプチドイオンに対するプロトン親和力PAの予測値を算出した例である。この例では、アラニン(A)を含むジペプチドのプロトン親和力を予測しているが、B3LYP/6−311+G(2d,p)のレベルでの密度汎関数法を用いた分子動力学計算から求めた結果と比較的良好に一致しており、上述のような本実施形態におけるプロトン親和力の予測方法が実用的に有効であることを確認することができる。

Figure 2008128849
Table 4 is an example in which a predicted value of proton affinity PA for y fragment ions composed of two amino acids, in other words, dipeptide ions, was calculated using the above results. In this example, the proton affinity of a dipeptide containing alanine (A) is predicted, but the result obtained from molecular dynamics calculation using the density functional method at the level of B3LYP / 6-311 + G (2d, p). It can be confirmed that the proton affinity prediction method in the present embodiment as described above is practically effective.
Figure 2008128849

表5は、(9)式を利用して2個のグリシン(G)から成るbフラグメントイオンのプロトン親和力を予測し、それを分子動力学による計算値と比較した結果である。この場合にも両者は比較的良好に一致していることが分かる。

Figure 2008128849
Table 5 shows the results of predicting the proton affinity of the b fragment ion composed of two glycines (G) using the formula (9) and comparing it with the calculated value by molecular dynamics. Also in this case, it can be seen that both agree relatively well.
Figure 2008128849

前述のように表1はプロリン(P)とその他のアミノ酸の組み合わせによるジペプチドについてプロトン親和力の分子動力学的計算値を示したものであるが、この表1の結果から求められたプロリンのスケーリング因子を表6に示す。

Figure 2008128849
プロリン以外のアミノ酸残基のスケーリング因子は既に決定されているものとし、表1に示したジペプチドのプロトン親和力を(8)式に代入することにより、プロリンのスケーリング因子を決定することができる。 As described above, Table 1 shows molecular dynamics calculation values of proton affinity for dipeptides in combination of proline (P) and other amino acids. The proline scaling factor obtained from the results of Table 1 is shown in Table 1. Is shown in Table 6.
Figure 2008128849
It is assumed that scaling factors for amino acid residues other than proline have already been determined, and the proline scaling factor can be determined by substituting the proton affinity of the dipeptide shown in Table 1 into equation (8).

N末端にプロリンが存在する場合のプロリンのスケーリング因子は、表1中のP−X態様のジペプチドのプロトン親和力の値を(8)式に代入して得ることができる。そして、表6中の左側に示したスケーリング因子が、プロリンと結合するアミノ酸残基の種類に応じて与えられる。またプロリンがN末端に無い場合のスケーリング因子は、表1中のX−P態様のジペプチドのプロトン親和力の値を(8)式に代入して得ることができ、表6中の右側に示したスケーリング因子が、プロリンと結合するアミノ酸残基の種類に応じて与えられる。   The proline scaling factor when proline is present at the N-terminus can be obtained by substituting the value of proton affinity of the dipeptide of the PX mode in Table 1 into the formula (8). The scaling factor shown on the left side of Table 6 is given according to the type of amino acid residue that binds to proline. Further, the scaling factor when proline is not at the N-terminus can be obtained by substituting the value of proton affinity of the XP peptide in Table 1 into the formula (8), and is shown on the right side in Table 6. A scaling factor is given depending on the type of amino acid residue that binds to proline.

以上例示したように、アミノ酸配列に応じて適宜のスケーリング因子を決定することができる。図2は実際にコンピュータでフラグメントイオン強度の配分計算を行う際の処理手順を示すフローチャートである。即ち、評価対象のペプチド分子が与えられると、そのアミノ酸配列に応じて所定のアルゴリズムに従ってスケーリング因子が決定される(ステップS11)。具体的には、例えばアミノ酸配列が入力されると、例えば上述したようにスケーリング因子に影響を与える条件が抽出され、その条件に応じたデータベース検索によりアミノ酸残基毎のスケーリング因子が求まる。次に、各アミノ酸残基のスケーリング因子と原子数とから、(8)、(9)式に基づいて各フラグメントイオンのプロトン親和力を計算する(ステップS12)。或いは、(10)、(11)式に基づいて各フラグメントイオンの気相塩基性度を計算してもよい。   As exemplified above, an appropriate scaling factor can be determined according to the amino acid sequence. FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure when the distribution calculation of fragment ion intensity is actually performed by a computer. That is, when a peptide molecule to be evaluated is given, a scaling factor is determined according to a predetermined algorithm in accordance with the amino acid sequence (step S11). Specifically, for example, when an amino acid sequence is input, a condition that affects the scaling factor is extracted as described above, for example, and a scaling factor for each amino acid residue is obtained by a database search corresponding to the condition. Next, the proton affinity of each fragment ion is calculated based on the equations (8) and (9) from the scaling factor of each amino acid residue and the number of atoms (step S12). Alternatively, the gas phase basicity of each fragment ion may be calculated based on the equations (10) and (11).

そうして各フラグメントイオンのプロトン親和力又は気相塩基性度が求まったならば、例えばb−yフラグメントであれば(5)、(6)式に基づいてフラグメントイオン強度を配分する(ステップS13)。もちろん、b−yフラグメントでなくても同様に配分できることは当然である。   If the proton affinity or gas phase basicity of each fragment ion is found, for example, if it is a by fragment, the fragment ion intensity is allocated based on the equations (5) and (6) (step S13). . Of course, it is natural that even if it is not a by-y fragment, it can be similarly distributed.

以上説明したように本発明に係るペプチド同定方法によれば、よく知られた化学反応の標準的な理論、即ちアレニウスの反応速度式やカイネテッィク法に沿う形で、フラグメントイオン強度を簡単なモデル式により近似計算で求めることができる。こうしたモデル式を用いず直接コンピュータでフラグメントイオン強度を求めようとすると、一般にペプチドのアミノ酸配列のサイズは大きいため、計算量が膨大になって実用的な時間での処理は困難になる。これに対し、上記実施形態で採用しているような方法によれば、計算に必要な活性化エネルギーやプロトン親和力(又は気相塩基性度)をペプチド分子に対して効率的に、つまり実用的な時間の範囲で求めることが可能となる。特にプロトン親和力(又は気相塩基性度)はアミノ酸配列のサイズが大きくなるほど大きくなる傾向にあり、一定の値に収束する傾向はない。そのため、プロトン親和力や気相塩基性度を簡単な評価式から少ない計算量で求めることができることは非常に有効であると言える。   As described above, according to the peptide identification method of the present invention, the fragment ionic strength is a simple model equation in accordance with the well-known standard theory of chemical reaction, that is, in accordance with the Arrhenius reaction rate equation and the kinetic method. Can be obtained by approximate calculation. If an attempt is made to directly obtain the fragment ion intensity by a computer without using such a model formula, since the size of the amino acid sequence of the peptide is generally large, the calculation amount becomes enormous and processing in a practical time becomes difficult. On the other hand, according to the method employed in the above embodiment, the activation energy and proton affinity (or gas phase basicity) necessary for the calculation are efficiently applied to the peptide molecule, that is, practical. It is possible to obtain within a wide range of time. In particular, proton affinity (or gas phase basicity) tends to increase as the size of the amino acid sequence increases, and does not tend to converge to a certain value. Therefore, it can be said that it is very effective that the proton affinity and the gas phase basicity can be obtained from a simple evaluation formula with a small amount of calculation.

また、各フラグメントイオンのプロトン親和力を計算する際に、そのフラグメントイオンの種類やアミノ酸配列の特異性(例えばプロリンの存在や存在位置など)を考慮して値が修正されるので、より高い精度でもってフラグメントイオン強度を求めることができ、ひいてはペプチドの同定の正確性の向上が期待できる。   In addition, when calculating the proton affinity of each fragment ion, the value is corrected in consideration of the type of the fragment ion and the specificity of the amino acid sequence (for example, the presence or location of proline), so with higher accuracy Thus, the fragment ion intensity can be determined, and as a result, improvement in peptide identification accuracy can be expected.

なお、上記実施形態は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加等を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。   It should be noted that the above embodiment is merely an example of the present invention, and it is a matter of course that modifications, corrections, additions, and the like are appropriately included within the scope of the present invention within the scope of the present invention.

本発明の一実施形態によるペプチド同定方法における解析処理の概略フローチャート。The schematic flowchart of the analysis process in the peptide identification method by one Embodiment of this invention. フラグメントイオン強度の配分計算を行う際の処理手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence at the time of performing distribution calculation of fragment ion intensity. フラグメントイオン強度の計算方法を反応経路に沿ったエネルギープロファイルで示した原理説明図。Explanatory drawing which showed the calculation method of fragment ion intensity with the energy profile along the reaction path.

Claims (4)

MS分析により取得された質量スペクトルデータに基づいて被検試料中のペプチド混合物のアミノ酸配列を決定するペプチド同定方法であって、候補ペプチドのフラグメントイオン強度を予測して質量スペクトルパターンを求め、これと実測の質量スペクトルとの比較により候補ペプチドの妥当性を判断するペプチド同定方法において、ペプチドのフラグメント化反応で生じる複数種のフラグメントイオン毎のフラグメントイオン強度を予測するために、
a)フラグメント化反応で生じるフラグメントイオンの強度を求める強度計算ステップと、
b)該フラグメントイオン強度をフラグメントイオン種類毎に与えられるプロトン親和力又は気相塩基性度に応じて分配する分配ステップと、
を含み、フラグメントイオン種類毎のプロトン親和力又は気相塩基性度を計算する際に、フラグメントイオンを構成するアミノ酸残基のそれぞれについて実際の原子数にアミノ酸配列の特異性を反映した補正係数を乗じた有効原子数を求め、アミノ酸残基毎の有効原子数の和から求まる該フラグメントイオンの有効原子数を、所定の近似計算式に適用してプロトン親和力又は気相塩基性度を算出するようにしたことを特徴とする、質量分析を用いたペプチド同定方法。
A peptide identification method for determining the amino acid sequence of a peptide mixture in a test sample on the basis of mass spectral data obtained by MS n analysis, wherein the fragment ion intensity of a candidate peptide is predicted to obtain a mass spectral pattern. In the peptide identification method that judges the validity of a candidate peptide by comparing the measured mass spectrum with the actually measured mass spectrum, in order to predict the fragment ion intensity for each of multiple types of fragment ions generated in the peptide fragmentation reaction,
a) an intensity calculation step for determining the intensity of fragment ions generated in the fragmentation reaction;
b) a distribution step of distributing the fragment ionic strength according to the proton affinity or gas phase basicity given to each fragment ion type;
When calculating the proton affinity or gas phase basicity for each type of fragment ion, multiply the actual number of atoms for each amino acid residue constituting the fragment ion by a correction factor that reflects the specificity of the amino acid sequence. The effective number of atoms of the fragment ion obtained from the sum of the effective number of atoms for each amino acid residue is applied to a predetermined approximate calculation formula to calculate proton affinity or gas phase basicity. A peptide identification method using mass spectrometry.
前記所定の近似計算式は、有効原子数とプロトン親和力又は気相塩基性度との非線形関係を対数で近似した式であることを特徴とする、請求項1に記載の質量分析を用いたペプチド同定方法。   2. The peptide using mass spectrometry according to claim 1, wherein the predetermined approximate calculation formula is a formula that approximates the nonlinear relationship between the number of effective atoms and proton affinity or gas phase basicity logarithmically. Identification method. アミノ酸配列中に塩基性アミノ酸が存在する場合に、該塩基性アミノ酸がN末端に存在するか否かで異なる補正係数を与えることを特徴とする、請求項1又は2に記載の質量分析を用いたペプチド同定方法。   The mass spectrometry according to claim 1 or 2, wherein when a basic amino acid is present in the amino acid sequence, a different correction coefficient is given depending on whether or not the basic amino acid is present at the N-terminus. Peptide identification method. アミノ酸配列中にプロリンが存在する場合に、該プロリンと隣接する他のアミノ酸残基との組み合わせで該プロリンがN末端に存在するか否かで異なる補正係数を与えることを特徴とする、請求項1又は2に記載の質量分析を用いたペプチド同定方法。   When a proline is present in an amino acid sequence, a correction factor that differs depending on whether the proline is present at the N-terminus or not in combination with another amino acid residue adjacent to the proline is provided. A peptide identification method using the mass spectrometry according to 1 or 2.
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