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Theses Year : 2015

Topics in mass spectrometry based structure determination

Sur quelques problèmes algorithmiques relatifs à la détermination de structure à partir de données de spectrométrie de masse

Deepesh Agarwal
  • Function : Author
  • PersonId : 769039
  • IdRef : 187357544

Abstract

Mass spectrometry (MS), an analytical technique initially invented to deal with small molecules, has emerged over the past decade as a key approach in structural biology. The recent advances have made it possible to transfer large macromolecular assemblies into the vacuum without their dissociation, raising challenging algorithmic problems. This thesis makes contributions to three such problems. The first contribution deals with stoichiometry determination (SD), namely the problem of determining the number of copies of each subunit of an assembly, from mass measurements. We deal with the interval SD problem, where the target mass belongs to an interval accounting for mass measurement uncertainties. We present a constant memory space algorithm (DIOPHANTINE), and an output sensitive dynamic programming based algorithm (DP++), outperforming state-of-the-art methods both for integer type and float type problems. The second contribution deals with the inference of pairwise contacts between subunits, using a list of sub-complexes whose composition is known. We introduce the Minimum Connectivity Inference problem (MCI) and present two algorithms solving it. We also show an excellent agreement between the contacts reported by these algorithms and those determined experimentally. The third contribution deals with Minimum Weight Connectivity Inference (MWCI), a problem where weights on candidate edges are available, reflecting their likelihood. We present in particular a bootstrap algorithm allowing one to report a set of edges with improved sensitivity and specificity with respect to those obtaining upon solving MCI.
La spectrométrie de masse, initialement développée pour de petites molécules, a permis au cours de la dernière écoulée d’étudier en phase gazeuse des assemblages macro-moléculaires intacts, posant nombre de questions algorithmiques difficiles, dont trois sont étudiées dans cette thèse. La première contribution concerne la détermination de stoichiométrie (SD), et vise à trouver le nombre de copies de chaque constituant dans un assemblage. On étudie le cas où la masse cible se trouve dans un intervalle dont les bornes rendent compte des incertitudes des mesures des masses. Nous présentons un algorithme de taille mémoire constante (DIOPHANTINE), et un algorithme de complexité sensible à la sortie (DP++), plus performants que l’état de l’art, pour des masses en nombre entier ou flottant. La seconde contribution traite de l’inférence de connectivité à partir d’une liste d’oligomères dont la composition en termes de sous-unités est connue. On introduit le problème d’inférence de connectivité minimale (MCI) et présente deux algorithmes pour le résoudre. On montre aussi un accord excellent entre les contacts trouvés et ceux détermines expérimentalement. La troisième contribution aborde le problème d’inférence de connectivité de poids minimal, lorsque chaque contact potentiel a un poids reflétant sa probabilité d’occurrence. On présente en particulier un algorithme de bootstrap permettant de trouver un ensemble d’arêtes de sensitivité et spécificité meilleures que celles obtenues pour les solutions du problème MCI.
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Dates and versions

tel-01176554 , version 1 (15-07-2015)

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  • HAL Id : tel-01176554 , version 1

Cite

Deepesh Agarwal. Topics in mass spectrometry based structure determination. Other [cs.OH]. Université Nice Sophia Antipolis, 2015. English. ⟨NNT : 2015NICE4048⟩. ⟨tel-01176554⟩
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