Peak intensity prediction in mass spectra using machine learning methods

Massenspektrometrie ist heutzutage unersetzlich, um Proteine und Peptide in komplexen biologischen Proben schnell zu untersuchen. Das Hauptproblem bei der quantitativen Analyse mit Methoden der Massenspektrometrie ist dabei die Tatsache, dass die Empfindlichkeit von Massenspektrometern prinzipbedingt peptidabhängig ist. Daher ist die Beziehung zwischen beobachteten Peakintensitäten und den entsprechenden Peptidkonzentrationen in der Probe unklar. Es gibt verschiedene Ansätze, dieses Problem durch Labeling-Techniken zu umgehen. Allerdings sind diese Techniken extrem teuer und zeitaufwändig in der Anwendung. Wenn man die peptidabhängige Empfindlichkeit verlässlich vorhersagen könnte, dann könnte man einen peptidabhängigen Korrekturfaktor berechnen, wodurch die Genauigkeit von absoluten Quantifizierungstechniken ohne den Einsatz von Labeling-Techniken (label-free absolute quantitation) verbessert werden könnte. In dieser Arbeit beschäftige ich mich mit der Frage, ob es möglich ist, die peptidspezifische Empfindlichkeit eines Massenspektrometers zu modellieren. Zu diesem Zweck wird mithilfe von Datensätzen eines Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI)-Massenspektrometers ein Verfahren entwickelt, das Simulation und Überwachte Lernverfahren kombiniert. Der zweite Teil der Arbeit hat zum Ziel, jene Peptideigenschaften zu ermitteln, die den größten Einfluß auf die peptidspezifischen Empfindlichkeiten haben. Diese Arbeit stellt einen wichtigen Schritt dar, um die Genaugkeit Label-freier Quantifizierung mithilfe von Massenspektrometrie zu verbessern: Ich zeige, dass die Vorhersage der peptidabhängigen Empfindlichkeit tatsächlich möglich ist, sogar mit nur wenig Daten. Das beste hier vorgestellte Verfahren erreicht eine signifikante quadratische Pearson-Korrelation von 0,46 in einer zehnfachen Kreuzvalidierung (ten-fold cross-validation). Wissensextraktion mit Feature Selection-Methoden deckt sowohl bereits bekannte als auch neue Peptid-Eigenschaften auf, die für das Problem relevant sind. Im Zuge dessen wird Least-Angle Regression, eine moderne Feature Selection-Technik, evaluiert und als geeignet befunden, auch auf verrauschten Daten gute Ergebnisse zu erzielen.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Bielefeld

Year

2008

Author dc:creator

• Timm, Wiebke

Repository record source_url

https://pub.uni-bielefeld.de/record/2305427

OAI identifier oai:identifier

oai:pub.uni-bielefeld.de:2305427