半胱氨酸基麦芽糖修饰亲水硅胶的制备及其对糖肽的富集

糖蛋白与糖肽在复杂生物体系中丰度一般较低,为了在糖蛋白质组学研究中深入和全面分析鉴定糖基化位点与糖链,通常需要进行富集前处理操作。该文设计并合成了一种半胱氨酸基麦芽糖修饰亲水硅胶分离介质(Cys-Mal@SiO_2),将其装填入固相萃取柱中制备新型亲水固相萃取柱。在以人免疫球蛋白G酶解液为样品进行富集鉴定时,Cys-Mal@SiO_2鉴定糖肽的质谱信号强度和信噪比比半胱氨酸修饰硅胶(Cys@SiO_2)、麦芽糖修饰硅胶(Mal@SiO_2)和商品化ZIC-HILIC更高。在复杂的鼠肝蛋白质提取物的糖蛋白质组学分析中,Cys-Mal@SiO_2共鉴定出1 551条糖肽,属于466个糖蛋白的906个N-糖基化位点,比Cys@SiO_2和Mal@SiO_2鉴定糖肽数、蛋白质数和N-糖基化位点数分别多211、67、127个和289、76、193个。将Cys-Mal@SiO_2成功应用于低丰度糖肽的选择性富集与鉴定,在糖蛋白质组学研究中体现出良好的应用潜力。     

基于质谱的蛋白质O-糖基化分析

蛋白质的O-糖基化是一种重要的蛋白质翻译后修饰,它和N-糖基化一样是蛋白质糖基化修饰的主要形式。蛋白质的O-糖基化对蛋白质的结构功能有重要的影响,因此分析蛋白质的O-糖基化具有重要的生物学意义。蛋白质O-糖基化分析包含4个方面的内容:(1)鉴定O-糖基化蛋白质的种类;(2)鉴定糖基化位点;(3)鉴定糖链结构;(4)糖链的定量分析。由于缺少保守的O-糖基化氨基酸特征序列,缺乏通用的糖苷酶以及O-糖链结构的复杂性等原因,基于质谱的蛋白质O-糖基化的分析目前仍处于方法开发阶段。本文主要介绍基于质谱的O-糖基化蛋白质的分析方法学在近期取得的一些进展,包括以下4个方面:O-糖蛋白/多肽的富集、O-糖链的解离、O-糖链的结构分析及O-糖基化定量分析。     

基于固相萃取的微量糖蛋白糖基化修饰表征技术的建立

结合自制亲水固相萃取富集柱和生物质谱鉴定技术,实现了糖基化蛋白质核糖核酸酶B的糖含量测定、糖基化位点确认、聚糖富集及结构表征,以及不同糖型相对丰度分析。结果表明:其糖含量8.47%,糖基化位点为34位的Asn,糖链主要为5种高甘露糖型结构(Man5-9GlcNAc2)。所建立的HILIC富集技术,有利于针对微量生物样本,如生物工程药物糖蛋白及重要功能糖蛋白,开展位点特异性糖链结构解析,为糖蛋白质的药效或功能研究提供线索。     

基于质谱的蛋白质O-糖基化分析研究进展

蛋白质的O-糖基化是一种重要的蛋白质翻译后修饰,它和N-糖基化一样是蛋白质糖基化修饰的主要形式。蛋白质的O-糖基化对蛋白质的结构功能有重要的影响,因此分析蛋白质的O-糖基化具有重要的生物学意义。蛋白质O-糖基化分析包含4个方面的内容:(1)鉴定O-糖基化蛋白质的种类; (2)鉴定糖基化位点; (3)鉴定糖链结构; (4)糖链的定量分析。由于缺少保守的O-糖基化氨基酸特征序列,缺乏通用的糖苷酶以及O-糖链结构的复杂性等原因,基于质谱的蛋白质O-糖基化的分析目前仍处于方法开发阶段。本文主要介绍基于质谱的O-糖基化蛋白质的分析方法学在近期取得的一些进展,包括以下4个方面:O-糖蛋白/多肽的富集、O-糖链的解离、O-糖链的结构分析及O-糖基化定量分析。     

利用亲水富集策略分析人血浆中N-糖基化蛋白及N-糖类型

蛋白质的N-糖基化是最重要的翻译后修饰之一,许多已知的血浆肿瘤诊断标志物及治疗靶标都是N-糖基化蛋白。针对血浆的糖蛋白质组研究有利于发现新的蛋白标志物。然而,血浆蛋白质浓度分布的动态范围非常宽,且同一位点上的糖链存在微观不均一性,影响了血浆中糖蛋白的鉴定效率。本文利用亲水材料ZIC-HILIC制备亲水富集柱分别对人血浆中的N-糖链和N-糖肽进行富集,并结合碱性反相色谱进行肽段的预分离和高准确度质谱分析,最终在健康人的血浆中鉴定到了299个糖基化蛋白、637个糖基化位点,并识别出31种不同的糖型。在这些鉴定到的糖基化位点中,新发现有107个N-糖基化位点(占总位点数的16.8%)。本方法操作简单,可以有效富集N-糖肽和N-糖,为在血浆中寻找糖蛋白和糖链生物标志物提供了可靠的手段。     

糖基化肽段库构建和高通量检索新方法

本研究组发展了全新的高通量糖基化肽段检索新方法, 并开发了检索软件GRIP. 新的检索方法突出了糖肽在CID碎裂时糖链发生连续丢失的特性, 同时充分运用了来自糖基化研究中已有的成熟技术所检测的位点及糖链信息, 高通量地自动解析完整糖肽的串级质谱. 我们检测了人血清样品中的糖肽, 在3次实验中一共鉴定得到4116张糖肽的串级谱图, 对应198个N-糖基化位点, 充分体现了糖基化的微观不均一性. 目前国际上关于血清糖肽谱图鉴定报道为62张谱图; 改进后的肼腙富集法鉴定到了36个N-糖基化位点; 本次鉴定结果的规模和质量均未见报道.     

β-伴大豆球蛋白的N-糖基化位点及其N-糖链的质谱分析

以β-伴大豆球蛋白(β-conglycinin)为研究对象,利用Trypsin和Pepsin酶对其进行水解,以Con A亲和层析柱富集纯化糖肽,并用糖苷酶PNGase F和Endo H分别酶解糖肽,再采用电喷雾质谱(ESI-MS)和串联质谱(MS/MS)对所得肽段的氨基酸序列及糖链的结构进行了分析,最后通过数据库检索对分析结果进行验证.结果表明,β-conglycinin具有5个N-糖基化位点,分别为α亚基的199和455位天冬酰胺(Asn),α'亚基的215和489位Asn及β亚基的326位Asn,且每个糖基化位点均被H5N2,H6N2,H7N2和H8N2这4种高甘露糖型N-糖链所修饰.本研究为各种糖蛋白的糖基化位点及其对应的糖链结构的鉴定分析提供了方法参考,并为深入理解大豆糖蛋白抗原表位的特异性及致敏机理提供了依据.     

基因重组糖蛋白-人尿激酶原糖基化修饰的质谱测定

酶法结合生物质谱技术测定了基因重组糖蛋白-人尿激酶原(rhProUK)的N-糖含量、唾液酸含量分别为9％和5％。糖蛋白／肽先经Con A凝集素亲和富集,肽：N-糖苷酶F(PNGaseF)对N-糖基化位点进行特异性质量标记,然后利用Lc-MS/MS技术测定出N-糖基化位点在第302位天冬酰胺残基上。     

4-巯基苯硼酸修饰二维二硫化钼纳米复合材料的制备及其用于N-糖肽特异性富集

蛋白质的N-糖基化修饰在多种生物过程中发挥着至关重要的作用，近年来的许多研究证实异常的蛋白质糖基化与多种疾病的发生发展密切相关，表明糖基化蛋白质具有较大的潜力成为新的生物标志物或者药物靶标。在样本的处理过程中，对N-糖基化肽段进行富集分离后再进行质谱分析已经成为糖蛋白质组学分析前的必要步骤。但是，由于复杂生物样本中N-糖基化肽段的丰度低和离子化效率差等问题，通过质谱鉴定N-糖肽仍然是一项艰巨的任务。研究通过将纳米金线（Au）、4-巯基苯硼酸（4-MPB）与超薄二维二硫化钼（2D-MoS₂）进行反应，成功制备了一种用于富集蛋白质N-糖基化肽段的新型功能纳米复合材料（MoS₂/Au/4-MPB）。二硫化钼纳米材料的层状结构可以为反应提供大量的可修饰位点，便于修饰纳米金线；功能基团4-巯基苯基硼酸对N-糖肽具有高度的选择性，可以对生物样品中N-糖基化肽段进行特异性富集。使用标准蛋白人免疫球蛋白G（IgG）和牛血清白蛋白（BSA）胰蛋白酶酶切产物对新型功能纳米材料的N-糖基化肽段的富集性能进行评估，其灵敏度达到5 fmol，选择性达到1：1000。将其用于生物样品中N-糖基化肽段的富集，从50 μg尿液外泌体蛋白胰蛋白酶酶切产物中共富集鉴定出768个N-糖肽，归属于377个蛋白质。这些结果表明该新型功能纳米复合材料对复杂生物样品中N-糖肽的选择富集有着巨大的应用潜力，为糖蛋白质组的研究提供了一种新方法。     

用于N-连接完整糖肽鉴定的糖基化蛋白质组学数据处理方法最新研究亮点北大核心CSCD

蛋白质糖基化与疾病的发生发展密切相关,临床上使用的大多数肿瘤标志物是糖基化蛋白质。在组学层次上进行位点特异性糖型的分析对发现新型疾病标志物、提高基于蛋白质糖基化的精准医学研究水平等具有重要作用。色谱-质谱联用技术在糖蛋白的分离分析研究中得到了广泛的应用。基于液相色谱-串联质谱(liquid chromatography-tandem mass spectrometry,LC-MS/MS)的完整糖肽鉴定已成为研究蛋白质上位点特异性糖链修饰的主要手段,其主要优势在于分析过程中可以同时揭示蛋白位点与糖链修饰的信息,从而在组学层次实现规模化的蛋白糖基化分析。     

化学生物学解析疾病中O-GlcNAc糖基化功能:研究工具与策略

O-连接β-N-乙酰葡糖胺(O-GlcNAc)糖基化是广泛存在于蛋白质丝/苏氨酸残基的翻译后修饰.这一动态、可逆单糖修饰以位点特异性方式影响底物蛋白的结构和生物学功能,参与调控几乎所有细胞生理过程和重大疾病的演进过程.随着研究深入,O-GlcNAc糖基化生物功能的系统解析需要更多特异、精准的研究工具和糖蛋白质组学研究策略.近年来,化学生物学领域开发了包括小分子糖探针、生物正交糖代谢标记物、化学酶法、特异性抗体和凝集素等多种O-GlcNAc糖基化分析工具和方法,以此为基础进一步发展了O-GlcNAc糖蛋白质组学研究策略.同时,借助高分辨质谱,大量蛋白质O-GlcNAc修饰位点得以鉴定,极大促进了位点特异性O-GlcNAc的生物功能研究.本文综述了近年来这一领域的研究进展,以期为更多化学工具的开发提供依据,为揭示O-GlcNAc糖基化在疾病演进中的功能提供新的研究思路和策略.     

功能化磁性纳米材料在糖蛋白及糖肽富集中的研究进展

蛋白质糖基化作为最重要的翻译后修饰之一,在生物体诸如细胞信号转导、蛋白质翻译调控、免疫应答等诸多生命过程中发挥重要作用。此外,蛋白质的异常糖基化还与肿瘤等疾病的发生发展密切相关,这为以糖蛋白为目标的疾病生物标志物的发现提供了可能。尽管质谱已经成为糖蛋白质组学的重要分析工具,但糖肽的低丰度和低电离效率使得其直接质谱分析仍面临挑战。在糖蛋白质组学研究中,从复杂的生物样品中富集糖蛋白和糖肽是重要的环节。磁性固相萃取(MSPE)是一种操作简单、成本低和萃取效率高的样品预处理方法。在磁性固相萃取中,磁性吸附剂是影响萃取效果的关键,将功能化磁性纳米材料作为吸附剂进行糖蛋白质组学研究已经得到广泛应用。该文综述了糖分子、离子液体、凝集素、硼酸亲和配体、金属有机框架、共价有机骨架等功能化磁性纳米材料的制备及其在糖蛋白及糖肽富集中的应用。上述功能化磁性纳米材料具有高比表面积、大量作用位点等特点,其富集机理包括亲水相互作用色谱、凝集素亲和作用色谱、硼酸化学法和肼化学法等,主要应用于血清、血浆、细胞、组织、唾液等样品的糖蛋白和糖肽的富集。该文引用了近十年来发表的约90篇源于科学引文索引(SCI)与中文核心期刊的相关论文,并于文末对磁性纳米材料在糖蛋白和糖肽富集领域的发展趋势进行了展望。     

微量生物样品中糖蛋白N-糖链电喷雾电离质谱分析前处理方法的建立

基于电喷雾电离质谱检测技术,建立了一种可靠、高效、简单,适合于微量糖蛋白N-糖链解离、富集纯化的方法.以糖蛋白牛胰核糖核酸酶(Rib B)和卵清白蛋白(OVA)为模型蛋白直接酶解,比较了4种方法纯化酶解样品的效果.比较了直接酶解和经过聚偏氟乙烯(PVDF)膜富集后酶解微量复杂生物来源样品胎牛血清的酶解效果,最终建立了微量生物样品中糖蛋白N-糖链的质谱分析前处理方法.采用PVDF膜吸附复杂生物样品中的糖蛋白,N-糖苷酶F(PNGase F)酶直接在膜上完成糖链释放(37℃,24 h),采用微晶纤维素柱结合石墨碳柱对糖链进行富集纯化,用于微克级胎牛血清和健康人血清中N-糖链质谱分析的前处理.本方法通用性好,在微量生物样品糖链质谱分析检测的前处理方面具有一定应用价值.     

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。     

完整糖基化肽段的富集与质谱解析新技术研究进展

蛋白质糖基化是生物体内最重要的翻译后修饰之一,在蛋白质稳定性、细胞内和细胞间信号转导、激素活化或失活和免疫调节等生理过程和病理进程中发挥重要作用。而异常的蛋白质糖基化往往和多种疾病的发生发展密切相关,目前应用于临床检测的多种肿瘤生物标志物大多属于糖蛋白或者糖抗原。因此在组学层次系统分析蛋白质糖基化的变化对阐明生物体内糖基化修饰的调控机理和发现新型疾病标志物都非常重要。基于质谱的蛋白质组学技术为全面分析蛋白质及其修饰提供了有效的分析手段。在自下而上的蛋白质组学研究中,由于完整糖基化肽段同时存在性质各异的肽段骨架和糖链结构、糖肽的相对丰度和离子化效率较低以及糖基化修饰有高度异质性等特点,完整糖肽的分析比其他翻译后修饰更加困难。近年来,为了更全面、系统地分析蛋白质糖基化,研究人员发展了一些新技术,包括完整糖肽的富集技术、质谱的碎裂模式和数据采集模式、质谱数据的解析方法和定量策略等等,大力推进了该领域的研究水平,也为研究蛋白质糖基化相关的生物标志物提供了技术支持。该篇综述主要关注近年来基于质谱的糖蛋白质组学研究中的新进展,重点介绍针对完整N-和O-糖基化肽段的富集新技术和谱图解析新方法,并讨论其在肿瘤早期诊断方面的应用潜力。     

氧化石墨烯固定化凝集素的制备及在糖蛋白/糖肽富集中的应用

生物体内蛋白质的糖基化修饰调控着细胞识别、细胞黏附和迁移以及免疫应答等多种生理过程,并与多种人类重大疾病的发生、发展密切相关。因此对蛋白质糖基化修饰的鉴定,不仅能够为生物学机理研究提供重要信息,对疾病诊断标志物和治疗靶标的发现也至关重要。然而在复杂生物体系中,大多数糖蛋白为低丰度蛋白质,其含量与现有质谱仪器的检测灵敏度之间存在较大差距,所以对含有不同糖型结构的糖蛋白进行全面/高效的富集,是实现高灵敏度糖蛋白鉴定的必由之路。凝集素富集作为一种有效的糖蛋白富集方法,已在糖蛋白质组学研究中得到了广泛的应用。针对现有凝集素功能化材料存在负载量偏低以及富集效率有限等问题,我们制备了两种以氧化石墨烯(GO)为载体的新型固定化凝集素,利用GO比表面积大,功能基团含量高,分散性、化学稳定性好等特点,实现了高负载量的凝集素固定(GO-ConA 2.073 mg/mg, RSD=1.0%; GO-WGA 1.908 mg/mg, RSD=0.14%)。同时考察了材料的可重复使用性与稳定性:每隔3天测一次同一GO-lectin材料对对应糖蛋白的富集效果,可以看出材料合成两周内富集效果都>200 μg/mg。将该GO-lectin成功应用于糖蛋白、糖肽的选择性富集,在糖蛋白质组学研究中体现出良好的应用潜力。     

N-糖基化蛋白质组样品富集策略的研究进展

蛋白质的糖基化是生物体内重要的蛋白质翻译后修饰之一,但其丰度通常较低,糖基化蛋白质酶解肽段中仅有2%~5%为糖基化肽段,因此,为实现糖基化蛋白质组的深度覆盖分析,对糖基化蛋白质/肽段进行富集是非常必要的。该文对糖基化蛋白质组样品不同富集方法的原理、特点以及最新研究进展进行了综述,同时也对N-糖基化蛋白质组学富集策略的发展前景进行了展望。     

糖蛋白/糖肽的分离富集方法*

蛋白质糖基化是一种重要的翻译后修饰,糖基化对蛋白质的结构和功能有着重要的影响。目前,作为蛋白质组学的一个组成部分,糖蛋白质组学是备受关注的研究热点。而从复杂的生物样品体系中富集糖蛋白/ 糖肽是蛋白质糖基化研究的重点和难点,本文就糖蛋白/糖肽分离富集方法的研究进展和应用作了简要概述。这些方法包括常用的凝集素亲和法、硼酸法、肼化学法和亲水作用法,还包括分子筛法、强阳离子交换法等新方法。     

亲水相互作用色谱结合串联质谱多重碎裂模式在完整糖肽研究中的应用

蛋白质的糖基化修饰在生理及病理过程中发挥着重要作用。由于技术条件的限制,传统的糖蛋白分析方法中,通常分别鉴定蛋白质和糖链两者的结构,而忽略了蛋白质与糖链的连接关系。本研究旨在以完整糖肽作为检测对象,对糖肽中肽段序列和糖链结构的同步解析。采用亲水相互作用色谱对完整糖肽进行分离纯化,联合生物质谱中碰撞诱导解离(CID)、高能诱导解离(HCD)、电子转移解离(ETD)等裂解模式,对完整糖肽的糖基化位点、糖链结构、肽段序列等进行全方面的解析。结果表明,亲水相互作用色谱中样品与填料比1∶50可有效富集糖肽,采用30%CID能量,主要产生糖苷键断裂的碎片,为糖链的结构组成分析提供了线索;采用25%HCD能量,在低分子量区域提供了糖链的特征离子信息,并产生明确的糖肽Y1特征离子;ETD保留了完整的修饰基团而产生肽段骨架的断裂,可以提供有效的肽段序列信息。本研究结合亲水相互作用色谱与质谱仪中的多种碎裂方式,为完整糖肽的结构解析提供了一种快速、有效的研究方案。     

基于电喷雾电离质谱的人肝癌细胞HepG2与正常肝细胞L02的N-糖链的定性定量比较

以培养的原发性肝癌细胞HepG2和正常肝细胞L02为研究对象,采用细胞裂解液提取总蛋白,用PNGase F酶解释放N-糖链,以微晶纤维素柱结合石墨碳柱纯化分离N-糖链,通过电喷雾电离质谱(ESI-MS)和串联质谱(MS/MS)对N-糖链进行序列鉴定,以β-环糊精为内标对2种细胞系的N-糖链进行了定量比较分析.结果表明,在肝癌细胞系HepG2和正常细胞系L02中共检测到26种N-糖链,与L02相比,HepG2的大多数高甘露糖型糖链、唾液酸化糖链和岩藻糖基化糖链的数量都明显升高,其中有15种糖链在数量上具有极显著性差异(p0.01),1种糖链具有显著性差异(p0.05).本研究为进一步探索肝癌中各类N-糖链的表达特点及发现早期肝癌糖链标志物提供了参考.