智能响应材料在磷酸化肽和糖肽富集中的应用

蛋白质的磷酸化和糖基化作为研究最广泛的两种翻译后修饰(PTMs),在疾病的早期无创诊断、预后和治疗评估中表现出越来越大的潜力。蛋白质的异常磷酸化和糖基化经常被用于临床蛋白质组学研究和疾病相关生物标志物的发现。目前已有多种材料被开发用于磷酸化肽和糖肽的富集研究,其中,智能响应材料由于具有独特的响应特性,已被陆续报道用于磷酸化肽和糖肽的富集。智能响应材料可对外界刺激做出响应,发生结构和性质上的变化,将光、电、热、机械等信号转化为生物化学信号。响应分子是决定智能响应材料响应特性的先决条件,它们在不同刺激条件下(如温度、pH、光、机械应力、电磁场等)的可逆异构化将导致材料的宏观物理和化学性质的动态变化。与传统材料相比,智能响应材料可以可逆地“打开”和“关闭”,具有更好的可调控性。由于引起智能材料响应的刺激信号对其性能具有重要的影响,综述根据施加的刺激种类对智能响应材料进行分类,具体分为外源性响应材料和内源性响应材料,且分别总结了外源性响应材料、内源性响应材料以及内外源共同响应材料在磷酸化肽和糖肽富集方面的工作。此外,综述对智能响应材料在磷酸化肽和糖肽富集方面的发展前景进行了展望,并且提出了智能响应材料在其他蛋白质翻译后修饰方面的应用中存在的挑战。     

功能化磁性纳米材料在磷酸化肽富集中的应用

蛋白质磷酸化是最重要和最普遍的翻译后修饰之一。基于质谱的技术已成为分析蛋白质磷酸化的重要手段。然而,磷酸化肽固有的低丰度和电离效率以及由非磷酸化肽共存引起的严重抑制使得直接质谱分析仍然是一个挑战。为解决此问题,需在质谱分析前对磷酸化蛋白质进行选择性富集。磁性纳米材料具有良好的磁响应性,可以在外界磁铁的帮助下实现与溶液的迅速分离。功能化磁性纳米材料作为一种新型的分析技术已在蛋白质组学研究中得到广泛的应用。该文就近年来对磁性纳米粒子进行各种功能化修饰以提高其特异性吸附能力的吸附材料在磷酸化肽的富集方面的应用予以综述,并展望了功能化磁性纳米材料在磷酸化肽富集领域的应用前景。     

季铵化磁性壳聚糖复合材料对磷酸化肽的富集研究

蛋白质磷酸化是最重要和最普遍的翻译后修饰之一,蛋白质磷酸化的测定对于全面了解生物过程中的磷酸化途径至关重要。质谱技术是分析蛋白质磷酸化的重要手段,但磷酸化肽固有的低丰度、低电离效率以及与非磷酸化肽共存等特性严重影响质谱对其进行直接分析。为解决此问题,需在质谱分析前对磷酸化肽进行选择性富集。本研究制备了一种基于季铵化磁性壳聚糖的复合材料用于磷酸化肽的富集。此磁性材料具有快速的磁响应性、良好的生物相容性、正电性以及廉价易得等优点。采用β-酪蛋白作为模型蛋白质,结果表明此材料对磷酸化肽具有良好的富集选择性。经过富集后,结合基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）检测手段,方法的检出限为0.4 fmol。本方法被成功用于脱脂牛奶中磷酸化肽的检测,表明其对复杂样品中磷酸化肽的富集和检测具有良好的应用潜力。     

蛋白质组学中磷酸化肽的常用富集方法

磷酸化作用是最重要的蛋白质翻译后修饰方式之一,它是蛋白质组学的一个重要分支,在细胞识别、细胞信息传递、基因表达和新陈代谢等方面发挥着重要作用。采用适当方法对磷酸化肽进行分析有助于我们更好地了解生理病理机制。但是直接进行质谱分析时磷酸化肽的信号强度会受到无机盐以及大量非磷酸化肽的抑制,选择性差。为解决这一难题,在质谱分析前要对磷酸化肽进行选择性富集。本文回顾了几种常用的磷酸化肽富集方法,介绍了每种方法的发展状况和常用材料,其中包括固定金属离子亲和色谱法、金属氧化物富集法、强阴阳离子交换色谱法和MALDI靶板富集法。最后总结了各种富集方法的优缺点,对有效的磷酸化肽富集策略进行了前景展望。     

基于纳米粒子的糖蛋白/糖肽分离富集方法

蛋白质糖基化是一种重要的蛋白质翻译后修饰方式,糖基化对蛋白质的结构和功能有着非常重要的影响。在血清或者组织提取液中,一些低浓度的糖蛋白/糖肽是具有高度临床灵敏性和特异性的生物标记物,这些生物分子可能对疾病发生机理探讨、疾病标记物发现及蛋白类新药开发提供重要信息。由于糖蛋白/糖肽的丰度低,从复杂的生物样品中高选择性富集糖蛋白/糖肽一直是糖蛋白组学的难点和重点。纳米结构的材料因其大比表面积、丰富的活性亲和位点和特殊结构,已经广泛应用于糖蛋白/糖肽的分离富集中。本文对基于金、SiO₂、TiO₂、Fe₃O₄、金刚石和聚合物纳米粒子为载体的糖蛋白/糖肽分离富集方法的研究进展作了简要概述,并且阐明了糖蛋白/糖肽分离富集方法所面临的挑战,最后,对其未来发展方向做了展望。     

二氧化钛结合超滤膜富集和分离肿瘤患者唾液中的磷酸化肽和唾液酸化糖肽

利用TiO2富集、超滤膜滤过实现了选择性富集和分离磷酸化肽和含唾液酸的N-链接糖肽.首先选取截留分子量为1×104的超滤膜分离糖肽和磷酸化肽,然后利用酪蛋白和牛血清白蛋白的酶解物验证所建立的方法,该方法的最低检出限是0.16 pmol.将上述方法应用于肺癌患者的唾液检测,成功检测并鉴定到8个磷酸化肽和5个糖肽.本方法可有效提高磷酸化肽和糖肽检测的选择性和灵敏度,为疾病生物标志物的检测提供了新方法.     

Ti-SBA-15介孔材料用于磷酸化肽的高效富集

结合基质辅助激光解吸飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)检测技术,考察了Ti-SBA-15介孔材料对β-酪蛋白酶解产物中磷酸化肽的选择性富集性能。实验结果显示,含Ti和Si物质的量比为0.08的Ti-SBA-15介孔材料可选择性地对β-酪蛋白酶解产物中的磷酸化肽进行选择性富集;对于β-酪蛋白和牛血清白蛋白物质的量比为1:100的蛋白质酶解混合液,Ti-SBA-15仍能实现对其磷酸化肽的有效富集。上述结果表明,作为一种多孔、高比表面积的磷酸化多肽的选择性吸附材料,Ti-SBA-15有望在磷酸化蛋白质组的分析中得到广泛的应用。     

基于纳米结构材料的磷酸化蛋白/多肽富集和分析

蛋白质磷酸化是最为广泛的翻译后修饰之一。在生物体液或组织中,许多低丰度的磷酸化蛋白和磷酸化肽是具有高度临床灵敏性和特异性的生物标记物,这些生物分子对许多疾病的检测和病理的阐释可能提供重要的信息。因为蛋白质磷酸化动态可逆且磷酸化蛋白丰度很低,所以很难直接从复杂的生物样品中直接检测到磷酸化蛋白和磷酸化肽。纳米结构材料因其大比表面积、丰富的活性亲合位点和特殊结构,在磷酸化肽和磷酸化蛋白的分离和富集方面已经引起了特别的关注,并成为目前磷酸化蛋白质组学富集和鉴定方面的研究热点。许多介孔、磁性、杂化或化学修饰的亲合材料被研发并用于磷酸化蛋白/多肽的富集与分离;此外,一些多功能纳米结构材料也被研发并用于蛋白质组学中磷酸化蛋白/多肽的快速高效的富集提纯。在这篇综述中,我们专注于纳米结构材料在磷酸化蛋白/多肽富集和提纯方面的最新进展。     

共价有机骨架功能材料及其在糖肽选择性富集中的应用

蛋白质糖基化是生物体中最重要的翻译后修饰手段之一,糖蛋白/糖肽的有效分离和富集成为目前糖蛋白组学研究的首要问题。对于复杂的生物样本,糖蛋白的数量较少,酶解后大量高丰度非糖基化修饰肽的存在,使得低丰度糖肽的检测更加困难。因此,需要一些手段来有效地富集糖肽以提高其检测丰度,发展高选择性的糖肽富集材料及方法就成为在分子水平上有效地监测糖蛋白或糖肽的重要途径。相对于传统的糖肽富集材料,共价有机骨架材料具有比表面积大和可修饰位点丰富的优点,在糖肽富集领域具有很大的应用潜力。该文制备了一种新型的共价有机骨架材料(O-T-D-COFs),利用1,3,5-三(4-氨苯基)苯和2,5-二甲氧基苯-1,4-二甲醛作为反应单体通过共聚缩合反应生成的席夫碱构成了材料的框架,对合成后的中间体材料进行氧化处理,从而提高材料的富集性能。利用扫描电镜、透射电镜、红外光谱和固体核磁等表征技术对材料的结构进行了表征,并将其应用于糖肽的选择性富集。分别对富集过程的上样条件、淋洗条件、洗脱条件进行了优化,结合质谱检测技术,从人血清免疫球蛋白G酶解液中观察到32个明显的糖肽信号峰。通过模拟复杂样本体系验证材料富集选择性,在人血清免疫球蛋白G和牛血清白蛋白的酶解液混合物摩尔比达到1∶50时,该材料仍然保持了良好的选择性。此外,还考察了材料的检测限、富集容量、回收率等富集性能,及在实际样品中的应用潜力。以人血清免疫球蛋白G为评价对象,O-T-D-COFs具有较低的检测限(2.5 fmol/μL)、较高的富集容量(120 mg/g),及较好的富集回收率(103.5%±6.6%、101.5%±10.4%)。在血清样品中富集到来自53个N-糖蛋白中的86个N-糖肽序列,并鉴定到了94个N-糖基化位点。这些结果都表明,该材料在糖肽富集领域有较好的应用前景。     

纳米材料在蛋白磷酸化分析中的应用研究

蛋白质磷酸化修饰是一种重要的蛋白质翻译后修饰,在细胞代谢过程中发挥着重要作用。当蛋白质的正常磷酸化调节发生异常时,会导致癌症、糖尿病、心脏病等各种疾病的发生。因此,蛋白磷酸化分析对于疾病的早期快速诊断、药物筛选和治疗等方面具有重大的意义。由于蛋白质磷酸化过程是动态的,并且磷酸化肽段或蛋白在生物样品中的含量较低,因此高灵敏的蛋白磷酸化分析面临着巨大的挑战。该文依据在检测过程中,选择性识别或捕获磷酸化的肽段或蛋白的主要机理,综述了近几年纳米材料对磷酸化肽段的富集和信号放大作用在蛋白磷酸化分析中的研究进展,并对其未来研究方向进行了展望。     

Discovery of Post-Translational Modifications in Emiliania huxleyi

Emiliania huxleyi is a cosmopolitan coccolithophore that plays an essential role in global carbon and sulfur cycling, and contributes to marine cloud formation and climate regulation. Previously, the proteomic profile of Emiliania huxleyi was investigated using a three-dimensional separation strategy combined with liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). The current study reuses the MS/MS spectra obtained, for the global discovery of post-translational modifications (PTMs) in this species without specific enrichment methods. Twenty-five different PTM types were examined using Trans-Proteomic Pipeline (Comet and PeptideProphet). Overall, 13,483 PTMs were identified in 7421 proteins. Methylation was the most frequent PTM with more than 2800 modified sites, and lysine was the most frequently modified amino acid with more than 4000 PTMs. The number of proteins identified increased by 22.5% to 18,780 after performing the PTM search. Compared to intact peptides, the intensities of some modified peptides were superior or equivalent. The intensities of some proteins increased dramatically after the PTM search. Gene ontology analysis revealed that protein persulfidation was related to photosynthesis in Emiliania huxleyi. Additionally, various membrane proteins were found to be phosphorylated. Thus, our global PTM discovery platform provides an overview of PTMs in the species and prompts further studies to uncover their biological functions. The combination of a three-dimensional separation method with global PTM search is a promising approach for the identification and discovery of PTMs in other species.     

麦胚凝集素亲和色谱富集糖肽过程中的肽键裂解

蛋白质的糖基化是最重要的翻译后修饰之一,与蛋白质结构和功能的关系密切。凝集素亲和色谱是蛋白质糖基化研究中很常用的工具,不同的凝集素可以对不同的单糖或寡糖有特异的富集作用。麦胚凝集素（WGA）由于其特异作用的糖型广泛存在而成为使用最多的凝集素之一。在本研究中,发现将WGA用于糖肽亲和富集会导致部分肽段的降解,从而导致后续的肽段序列分析的失败。本文用4种标准蛋白质对这种现象进行了验证,结果表明肽段的降解可以发生在多个位点,其中较多地发生在酪氨酸、苯丙氨酸及亮氨酸的羧基端。这一结果提示：在糖蛋白质组研究中,如果应用WGA富集糖肽并采用质谱进行鉴定,则采用半酶切或非特异性酶切的检索策略更为合适。     

水热碳材料在分离分析中的应用研究进展

水热碳材料是一种由糖类或含碳有机物经过水热反应制备的新型功能材料,具有来源丰富、绿色环保、亲水性、易修饰等优点,已广泛应用于催化剂载体、能源电极材料、环境吸附剂等方面。其中,水热碳在吸附领域的应用显示出其与特定分子的相互作用,近年来,水热碳材料作为分离富集固相基质,在色谱固定相以及生物样品处理领域逐渐得到应用。该文主要综述了水热碳材料在离子化合物、极性化合物、磷酸化肽段和糖基化肽段分离分析等方面的最新应用,讨论了水热碳材料在实际分离分析应用中的优点和局限性,并就水热碳材料在该领域的应用前景进行了展望。     

Zirconia layer coated mesoporous silica microspheres as HILIC SPE materials for selective glycopeptide enrichment

Characterization of protein glycosylation requires highly specific methods for the enrichment of glycopeptides because of their sub-stoichiometric glycosylation-site occupancy. The hydrophilic affinity based strategy has attracted more attention, owing to its broad glycan specificity, good reproducibility, and compatibility with mass spectrometric (MS) analysis. Several polar matrices have emerged for hydrophilic interaction chromatography (HILIC) approaches, including sepharose, cellulose, ZIC-HILIC and titania. Here, we present the solid-phase extraction (SPE) utility of zirconia coated mesoporous silica (ZrO(2)/MPS) microspheres for glycopeptide isolation prior to MS analysis. The high specificity of this SPE approach was demonstrated by the enrichment of glycopeptides from the digests of model glycoproteins in HILIC mode. ZrO(2)/MPS microspheres show superior selectivity and glycosylation heterogeneity coverage for glycopeptide enrichment to conventional sepharose. Furthermore, digested mixtures of the phosphoprotein α-casein and IgG were also treated with ZrO(2)/MPS HILIC SPE materials, which exhibited that glycopeptides could be effectively enriched with interference from phosphorylated peptides.     

Synapsin-1 and tau reciprocal O-GlcNAcylation and phosphorylation sites in mouse brain synaptosomes

O-linked N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) represents a key regulatory post-translational modification (PTM) that is reversible and often reciprocal with phosphorylation of serine and threonine at the same or nearby residues. Although recent technical advances in O-GlcNAc site-mapping methods combined with mass spectrometry (MS) techniques have facilitated study of the fundamental roles of O-GlcNAcylation in cellular processes, an efficient technique for examining the dynamic, reciprocal relationships between O-GlcNAcylation and phosphorylation is needed to provide greater insights into the regulatory functions of O-GlcNAcylation. Here, we describe a strategy for selectively identifying both O-GlcNAc- and phospho-modified sites. This strategy involves metal affinity separation of O-GlcNAcylated and phosphorylated peptides, β-elimination of O-GlcNAcyl or phosphoryl functional groups from the separated peptides followed by dithiothreitol (DTT) conjugation (BEMAD), affinity purification of DTT-conjugated peptides using thiol affinity chromatography, and identification of formerly O-GlcNAcylated or phosphorylated peptides by MS. The combined metal affinity separation and BEMAD approach allows selective enrichment of O-GlcNAcylated peptides over phosphorylated counterparts. Using this approach with mouse brain synaptosomes, we identified the serine residue at 605 of the synapsin-1 peptide, ⁶⁰³QASQAGPGPR⁶¹², and the serine residue at 692 of the tau peptide, ⁶⁸⁸SPVVSGDTSPR⁶⁹⁸, which were found to be potential reciprocal O-GlcNAcylation and phosphorylation sites. These results demonstrate that our strategy enables mapping of the reciprocal site occupancy of O-GlcNAcylation and phosphorylation of proteins, which permits the assessment of cross-talk between these two PTMs and their regulatory roles.     

尺寸排阻-反相液相色谱-质谱联用技术在大鼠肾脏翻译后修饰蛋白质鉴定中的应用

LC-MS联用技术在蛋白质组学研究中具有重要的作用,但是在复杂的生物体系中,由于样品的高度复杂性和其中蛋白质含量的巨大差异,执行全面且无倾向的蛋白质组分析是一项挑战。因此,在液相色谱分离中采用基于不同原理的色谱分离方法来降低蛋白质样本的复杂度,并对微量蛋白质进行富集,对后续采用质谱方法进行信息的采集和深入分析至关重要。在这里我们开发了一种基于尺寸排阻色谱(SEC)与反相液相色谱(RPLC)结合的新方法来进行复杂体系蛋白质的分离和鉴定,特别是对于微量蛋白质的分析。首先使用SEC对蛋白质进行分离和富集,并酶解成多肽,再通过RPLC-MS联用的方法对酶解后的多肽进行分离和鉴定。结果显示使用上述方法可以有效降低蛋白质样本的复杂度,并有效提高微量蛋白质的鉴定能力,可从大鼠肾脏鉴定出23621个肽段及1345个蛋白质,比常规的二维强阳离子交换-反相液相色谱法(2D SCX-RPLC)鉴定到的肽段及蛋白质分别多出69%及27%。此外,该方法对肾脏翻译后修饰(PTM)蛋白质的鉴定显示出更多的优势,翻译后修饰的多肽鉴定率显著增加,特别是磷酸化肽段的鉴定效率可达到靶向富集策略的水平。在此展示的SEC-RPLC-MS可以更好地了解蛋白质翻译后修饰对肾脏的影响,最终将有助于增加我们对正常的生理性肾功能以及病理过程机制的理解。     

Facile preparation of hydrophilic glutathione modified magnetic nanomaterials for specific enrichment of glycopeptides

Glutathione modified magnetic nanoparticles (Fe₃O₄@Au-GSH) were synthesized through a simple process and exploited to enrich glycopeptides from complex samples.     

Facile preparation of hydrophilic glutathione modified magnetic nanomaterials for specific enrichment of glycopeptides

Investigations of glycosylated proteins or peptides and their related biological pathways provide new possibilities for illuminating the physiological and pathological mechanisms of glycosylation modification. However, open-ended and in-depth analysis of glycoproteomics is usually subjected to the low-abundance of glycopeptides, heterogeneous glycans, and a variety of interference molecules. In order to alleviate the influence of these obstacles, effective preconcentration of glycopeptides are indispensable. Here, we employed a hydrophilic interaction liquid chromatography (HILIC)-based method to universally capture glycopeptides. Glutathione modified magnetic nanoparticles (Fe₃O₄@Au-GSH) were synthesized through a simple process and exploited to enrich glycopeptides from complex samples. The prepared materials showed excellent ability to trap glycopeptides from standard glycoproteins digests, low detection limit (10 fmol/μL), and good selectivity (HRP:BSA = 1:100). These results indicated that glutathione-based magnetic nanoparticles synthesized in this work had great potential for glycopeptides enrichment.     

Borated Titania,a New Option for the Selective Enrichment of cis‐Diol Biomolecules

As low abundance cis‐diol biomolecules are of great significance in biological organisms, preparation of materials for the selective enrichment of such compounds is highly favorable for the development of the related proteomics and metabolomics. To this end, we have prepared monolithic borated titania by a non‐aqueous sol‐gel strategy as a new inorganic affinity material for the specific capture of nucleosides, glycopeptides and glycoproteins. Benefiting from the inorganic framework, this material prevented the hydrophobic interference, which was somewhat inevitable for the mainstream organic‐based boronate affinity materials. The prepared material was carefully characterized by scanning electron microscope (SEM), X‐ray diffraction (XRD), X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS) and nitrogen‐sorption experiments to investigate the morphology and elemental composition. The excellent performance of borated titania on enrichment of cis‐diol biomolecules was demonstrated by extracting the glycopeptides from horseradish peroxidase (HRP) digestion, standard glycoproteins, and nucleosides from a human‐urine matrix. This kind of inorganic affinity material offers a new option for selective enrichment or separation of cis‐diol biomolecules.