Metabolite discovery through global annotation of untargeted metabolomics data

计算机科学 代谢组 系统生物学 蛋白质组学
作者
Li Chen,Wenyun Lu,Lin Wang,Xing Xi,Ziyang Chen,Xin Teng,Xianfeng Zeng,Antonio Muscarella,Yihui Shen,Alexis Cowan,Melanie R. McReynolds,Brandon Kennedy,Ashley M. Lato,Shawn R. Campagna,Mona Singh,Joshua D. Rabinowitz
出处
期刊:Nature Methods [Nature Portfolio]
卷期号:18 (11): 1377-1385 被引量:83
标识
DOI:10.1038/s41592-021-01303-3
摘要

Liquid chromatography-high-resolution mass spectrometry (LC-MS)-based metabolomics aims to identify and quantify all metabolites, but most LC-MS peaks remain unidentified. Here we present a global network optimization approach, NetID, to annotate untargeted LC-MS metabolomics data. The approach aims to generate, for all experimentally observed ion peaks, annotations that match the measured masses, retention times and (when available) tandem mass spectrometry fragmentation patterns. Peaks are connected based on mass differences reflecting adduction, fragmentation, isotopes, or feasible biochemical transformations. Global optimization generates a single network linking most observed ion peaks, enhances peak assignment accuracy, and produces chemically informative peak-peak relationships, including for peaks lacking tandem mass spectrometry spectra. Applying this approach to yeast and mouse data, we identified five previously unrecognized metabolites (thiamine derivatives and N-glucosyl-taurine). Isotope tracer studies indicate active flux through these metabolites. Thus, NetID applies existing metabolomic knowledge and global optimization to substantially improve annotation coverage and accuracy in untargeted metabolomics datasets, facilitating metabolite discovery.
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