Mitigating the missing-fragmentation problem in de novo peptide sequencing with a two-stage graph-based deep learning model

碎片(计算) 串联质谱法 计算机科学 深度学习 计算生物学 图形 循环神经网络 人工神经网络 人工智能 生物 化学 质谱法 生物化学 理论计算机科学 操作系统 色谱法
作者
Zeping Mao,Ruixue Zhang,Lei Xin,Ming Li
出处
期刊:Nature Machine Intelligence [Nature Portfolio]
卷期号:5 (11): 1250-1260 被引量:37
标识
DOI:10.1038/s42256-023-00738-x
摘要

Novel protein discovery and immunopeptidomics depend on highly sensitive de novo peptide sequencing with tandem mass spectrometry. Despite notable improvement using deep learning models, the missing-fragmentation problem remains an important hurdle that severely degrades the performance of de novo peptide sequencing. Here we reveal that in the process of peptide prediction, missing fragmentation results in the generation of incorrect amino acids within those regions and causes error accumulation thereafter. To tackle this problem, we propose GraphNovo, a two-stage de novo peptide-sequencing algorithm based on a graph neural network. GraphNovo focuses on finding the optimal path in the first stage to guide the sequence prediction in the second stage. Our experiments demonstrate that GraphNovo mitigates the effects of missing fragmentation and outperforms the state-of-the-art de novo peptide-sequencing algorithms. Identifying unknown peptides in tandem mass spectrometry is challenging as fragmentation of precursor peptides can be incomplete. Mao and colleagues present a method based on graph neural networks and a path-searching model to create more stable sequence predictions.
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