[논문 리뷰] Comparison of different versions of SignalP and TargetP for diatom plastid protein predictions with ASAFind

Ansgar Gruber, Cedar McKay외 2명|arXiv (Cornell University)|2023. 03. 04.

Machine Learning in Bioinformatics인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 ASAFind 파이프라인을 사용하여 조류의 엽색소소포체 타겟팅 단백질의 신호 펩타이드를 예측하기 위해 SignalP 5.0과 TargetP 2.0을 이전 버전과 비교하여 평가한다. SignalP 5.0은 이전 버전에 비해 신호 펩타이드 탐지 민감도가 감소했지만, ASAFind와 통합될 경우 높은 예측 성능을 유지한다. TargetP 2.0은 조류의 신호 펩타이드 및 미토콘드리아 전이 펩타이드를 식별하는 데 다른 도구들보다 뛰어나며, ASAFind 예측의 우수한 입력으로서 유의미하다.

ABSTRACT

Plastid targeted proteins of diatoms and related algae can be predicted with high sensitivity and specificity using the ASAFind method published in 2015. ASAFind predictions rely on SignalP predictions of endoplasmic reticulum (ER) targeting signal peptides. Recently (in 2019), a new version of SignalP was released, SignalP 5.0. We tested the ability of SignalP 5.0 to recognize signal peptides of nucleus-encoded, plastid-targeted diatom pre-proteins, and to identify the signal peptide cleavage site. The results were compared to manual predictions of the characteristic cleavage site motif, and to previous versions of SignalP. SignalP 5.0 is less sensitive than the previous versions of SignalP in this specific task, and also in the detection of signal peptides of non-plastid proteins in diatoms. However, in combination with ASAFind, the resulting prediction performance for plastid proteins is high. In addition, we tested the multi-location prediction tool TargetP for its suitability to provide signal peptide information to ASAFind. The newest version, TargetP 2.0, had the highest prediction performances for diatom signal peptides and mitochondrial transit peptides compared to other versions of SignalP and TargetP, thus it provides a good basis for ASAFind predictions.

연구 동기 및 목표

• 핵에 의해 코딩된 엽색소소포체 타겟팅 조류 프리단백질의 신호 펩타이드를 탐지하는 데에 SignalP 5.0과 이전 SignalP 버전의 성능을 평가하기 위해.
• SignalP 5.0이 이전 버전에 비해 신호 펩타이드 인식의 민감도와 특이도를 향상시키는지 또는 악화시키는지 평가하기 위해.
• 특히 TargetP 2.0을 포함한 TargetP 버전들이 ASAFind 파이프라인에 대한 신호 펩타이드 정보의 소스로서 적합한지 평가하기 위해.
• 높은 정확도로 조류의 엽색소소포체 단백질을 예측하기 위해 ASAFind와 함께 사용할 수 있는 최적의 신호 펩타이드 예측 도구 조합을 규명하기 위해.
• 수동으로 예측한 가닥 절단 부위 모티프와 컴퓨터 도구의 출력을 비교하여 검증하기 위해.

제안 방법

• 연구는 2015년에 발표된 ASAFind를 사용하며, 이는 SignalP를 통한 신호 펩타이드 탐지를 기반으로 엽색소소포체 타겟팅 단백질을 예측하는 방법이다.
• SignalP 5.0과 이전 버전들(_SIGNALP 4.1 및 3.0_)은 조류 단백질체에서의 신호 펩타이드를 예측하는 데 사용된다.
• TargetP 2.0과 이전 버전들은 조류에서의 신호 펩타이드 및 미토콘드리아 전이 펩타이드 예측 능력을 시험한다.
• 기존의 절단 부위 모티프를 수동으로 정리한 것은 도구 정확도 평가의 황금 표준으로 사용된다.
• 민감도, 특이도, 수동으로 확인된 절단 부위와의 일치도를 사용하여 성능을 평가한다.
• 예측 결과의 원시 데이터를 도구 간 비교하여 도구 선택이 ASAFind를 통한 엽색소소포체 단백질 예측 정확도에 미치는 영향을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SignalP 5.0은 이전 SignalP 버전에 비해 핵에 의해 코딩된 엽색소소포체 타겟팅 조류 프리단백질의 신호 펩타이드 탐지 민감도를 유지하거나 향상시키는가?
• RQ2 SignalP 5.0의 신호 펩타이드 절단 부위 탐지 성능은 조류 단백질의 특징적인 모티프를 수동 예측한 결과와 비교하여 어떻게 되는가?
• RQ3 TargetP 2.0은 조류 단백질체에서의 신호 펩타이드 및 미토콘드리아 전이 펩타이드 탐지에서 SignalP 버전들보다 뛰어나게 성능을 발휘할 수 있는가?
• RQ4 다른 신호 펩타이드 예측 도구를 사용할 경우, ASAFind가 조류의 엽색소소포체 타겟팅 단백질을 예측하는 데 전체 정확도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 SignalP 5.0은 이전 버전에 비해 조류의 비엽색소소포체 단백질에 대해 상당한 성능 저하를 보이는가?

주요 결과

• SignalP 5.0은 핵에 의해 코딩된 엽색소소포체 타겟팅 조류 프리단백질의 신호 펩타이드 탐지에서 이전 SignalP 버전보다 민감도가 낮게 나타났다.
• SignalP 5.0은 이전 버전에 비해 조류의 비엽색소소포체 단백질에서의 신호 펩타이드 탐지 성능이 저하되었다.
• 낮은 민감도에도 불구하고, SignalP 5.0은 ASAFind와 조합하여 사용할 경우 엽색소소포체 단백질 예측에서 높은 예측 성능을 유지한다.
• TargetP 2.0는 모든 테스트된 버전 중에서 조류의 신호 펩타이드 및 미토콘드리아 전이 펩타이드 예측 성능이 가장 높았다.
• SignalP의 모든 테스트된 버전보다 TargetP 2.0이 ASAFind에 더 신뢰할 수 있는 신호 펩타이드 입력을 제공하여, 조류의 엽색소소포체 단백질 예측에 가장 선호되는 도구가 되었다.
• 수동으로 예측한 절단 부위 모티프는 신뢰할 수 있는 기준이 되었으며, 이는 SignalP 5.0이 이 특정 작업에서 이전 버전에 비해 성능이 열 劣하다는 것을 확인시켰다.