基于Endo-M N175Q糖链转移反应与丙酮富集糖肽的LC-MS分析糖蛋白N-糖链

基于化学酶标记和丙酮富集糖肽方法,建立了一种可靠、有效、简单的糖蛋白N-糖链分析方法。以唾液酸糖肽(SGP)为模型糖肽,比较了样品中丙酮加入量对SGP的富集效果,最终选择加入样品体积5倍量的丙酮。用丙酮富集经胰蛋白处理的核糖核酸酶B(RNase B)酶解液中的糖肽,以富集分离得到的糖肽(糖基供体)和PDPZ-Boc-Asn-GlcNAc(糖基受体)作为酶反应底物,进行Endo-M N175Q的转糖基反应,得到PDPZBoc-Asn-GlcNAc-N-糖链标记物。采用YMC C18色谱柱为分析柱,10 mmol/L甲酸铵-乙腈为流动相梯度洗脱,经液相色谱-串联质谱(LC-MS)检测得到5种高甘露糖型糖链。结果表明,丙酮可有效地富集大量肽和少量糖肽混合溶液中的糖肽,Endo-M N175Q可将天然糖肽的糖链转移到PDPZ-Boc-Asn-GlcNAc受体上。将该方法应用于胎球蛋白N-糖链分析,检测到5种复杂型N-糖链。该研究为各种糖蛋白N-糖链检测提供了新的分析方法。     

糖蛋白结构质谱解析的样品前处理

基于高分辨率、高精度、高灵敏度及良好表现力的多级质谱,以标准糖蛋白辣根过 氧化物酶(HRP)、核糖核酸酶B(RNase B)为对象,探索了糖蛋白质谱分析前样品处理的技 术流程。通过对糖蛋白样品前处理的各个步骤（包括蛋白变性方法(RNase B适合化学变 性,HRP适合热变性)、酶的选择及条件(RNase B适用内蛋白酶Lys-C酶解,HRP适用胰蛋白 酶酶解,酶解时间控制在12～16 h)、提肽液的组成(对于低丰度糖蛋白用50%乙腈-5%三 氟乙酸提取)、基质的组成、点样方法(“三明治”式)）进行了优化，形成了简单易行、 无需糖肽富集标记的糖蛋白溶液酶解-质谱分析和胶上分离酶解-质谱分析的技术路线,为 实际样品体系中糖蛋白的结构解析提供了可行的方法。     

糖蛋白糖基化位点及糖型的多重质谱分析

以糖蛋白核糖核酸酶B(RNase B)为研究对象,采用基质辅助激光解吸电离-串联飞行时间质谱(MALDI-TOF/TOF-MS)、傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)的碰撞活化解离(CAD)和电子转移解离(ECD)多种质谱技术对RNase B的糖肽的完整信息进行解析.通过多种质谱相互验证,确定了RNase B的糖肽组分的氨基酸序列为SRNLTK、糖链结构为(HexNAc)2(Hex)5-(HexNAc)2(Hex)9及糖基化位点为第34位氨基酸残基.本方法为糖蛋白结构的全面解析提供了一种快速、有效、全面的研究思路.     

基于固定化Pronase E酶与质谱的糖链结构分析方法

位点特异性糖链结构的解析,是糖蛋白质结构分析面临的巨大挑战。Pronase E蛋白水解酶,能够降解糖蛋白或糖肽中大部分的氨基酸序列,而保留糖链与少量氨基酸的序列,与色谱、质谱分析等联用,可以实现糖链结构的鉴定,同时,保留的氨基酸序列可以辅助实现修饰位点的识别,两者结合,可以获取位点特异性糖链结构的信息。但Pronase E酶解的缺点是,酶解效率较低,常需要较高浓度的蛋白酶。本实验将Pronase E固定化在基质上,固定化后的Pronase E具备较高的局部浓度,从而实现目标糖蛋白的快速高效酶解。采用核糖核酸酶B作为标准糖蛋白,优化了Pronase E酶切的方案,包括酶切时蛋白与酶的用量比、酶切时间、固定化Pronase E酶的有效贮存时间等;同时优化选择了糖链的富集方法,并对于基质辅助激光解吸飞行时间质谱分析中,糖链适合的基质进行对比选择,从而获得更好的糖链谱图及更为丰富的糖链结构信息。     

基于叠氮基-氰基点击化学的苯硼酸亲和硅胶的制备及其在糖蛋白/糖肽选择性富集中的应用

硼亲和色谱法在糖肽/糖蛋白选择性富集中的应用趋于成熟。硼酸亲和材料的选择性，生物相容性，制备过程是否简便均是开发新型苯硼酸功能化材料需要考虑的问题。该研究立足硼酸亲和材料开发的关键问题，设计并开发了一种新型苯硼酸亲和硅胶（TCNBA）。该材料采用基于叠氮基-氰基的无铜催化点击化学方法进行合成，生物相容性好，制备方法简便。红外光谱和X射线光电子能谱图表征结果证明材料合成成功。TCNBA的糖肽富集选择性利用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）进行评价，结果表明，TCNBA能够分别从辣根过氧化物酶（HRP）和免疫球蛋白G（IgG）酶解液中鉴定出13个和11个糖肽；以HRP和牛血清白蛋白（BSA）酶解液混合物（物质的量比1：10）作为研究对象，富集后能够鉴定出5个糖肽。TCNBA的糖蛋白富集选择性利用十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳法（SDS-PAGE）进行评价，以HRP、IgG、核糖核酸酶B（RNaseB）作为考察对象，结果表明，TCNBA对糖蛋白具有较好的富集选择性。以实际样品人血清为测试对象验证TCNBA在实际生物样品中的应用价值。结果显示，富集后非糖蛋白得到较大程度去除，糖蛋白得以富集。所制备的材料和方法具有大规模实际蛋白质样品分离处理的应用前景。     

Pronase E酶解释放糖蛋白N-糖链的方法及荧光标记衍生物的LC-MS分析

建立了一种用非特异性酶链酶蛋白酶E(Pronase E)从糖蛋白上释放N-糖链的方法.以牛胰核糖核酸酶B(Ribo B)和鸡白蛋白(Chicken Albumin)为材料,用Pronase E代替N-糖苷酶F(PNGase F)释放N-糖链.当蛋白酶质量与糖蛋白质量比为1∶1时,得到只带一个天冬氨酸(Asn)的闭环N-糖链,称其为糖氨酸(gly-can-Asn),这样既为糖链引入了天然的-NH2活性基团,同时还保持了糖链原有的还原端闭环结构.以9-氯甲酸芴甲酯(Fmoc-Cl)为衍生试剂对解离后的糖氨酸进行衍生,采用高效液相色谱-电喷雾质谱联用技术(HPLC-ESI/MS)对Fmoc-Cl糖氨酸衍生物进行分析,建立了糖蛋白的Pronase E酶解、微量糖氨酸的Fmoc-Cl衍生以及糖氨酸衍生物的HPLC-ESI/MS分析方法,该方法保持了N-糖链的天然结构,便于以-NH2为功能基团进一步进行荧光标记、分离制备以及糖链与蛋白质的相互作用研究.     

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.     

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。     

人血清Alpha-1-酸性糖蛋白的糖基化分析

获取真实准确的蛋白质糖基化信息是全面了解糖基化修饰生物学功能的前提.针对简单蛋白质的糖基化分析通常采用反相高效液相色谱-串联质谱技术在肽的水平上对糖基化信息进行采集和解析.本文以人血清Alpha-1-酸性糖蛋白(AGP)酶解液为对象,发展了一套简单有效的蛋白质糖基化分析方法.本方法分为三个步骤,第一步是建立糖肽的理论m/z值表;第二步是获取糖蛋白酶解液的LC-MS谱图,并将每一个色谱峰中所包含糖肽的实际m/z值与理论m/z值进行人工匹配;第三步是对每个色谱峰的糖肽结构归属进行LC-MS/MS验证.采用本方法,我们从AGP酶解液中共鉴定出172条糖肽.与单独采用Survey模式的方法相比,本方法能够显著提高糖肽的覆盖率.     

聚烯丙基氯点击反应接合葡萄糖纳米磁球的制备与糖肽富集

糖蛋白及与蛋白质结合的糖链在生物体内的丰度一般极低,为实现其准确定性及定量,去除高丰度非糖蛋白、非糖肽的干扰,通常需要进行富集前处理操作。该文设计并制备了一种基于点击化学反应和烯丙基氯多功能化位点聚合物的葡萄糖改性核-壳-壳型磁性纳米颗粒,并建立了相应的用于糖肽亲水富集的固相微萃取方法。以人免疫球蛋白G酶解液为样品,共测得32个糖肽信号。该方法检出限可达10 fmol,每克磁性分离介质的富集容量达100 mg。     

Rapid characterization of N-linked glycosylation site using non-specific protease digestion of gel-separated glycoproteins and matrix-assisted laser desorption/ionization tandem time-of-flight mass spectrometry

Rapid identification of glycosylation sites of glycoproteins is urgently needed in glycoproteomics study. In the present work, a rapid and simple method based on non-specific digestion of gel-separated glycoproteins and matrix-assisted laser desorption/ionization tandem time-of-flight mass spectrometry was described, which can efficiently identify the N-linked glycosylation sites. One-step in-gel digestion of Ribonuclease B (RNase B) by proteinase K was employed to generate glycopeptides with short and discrepant peptide composition. When compared with glycopeptides prepared by two-step in gel-digestion using trypsin-proteinase K or trypsin-pronase, the direct proteinase K treatment showed obvious superiority in both glycopeptide recovery and preparation simplicity. Most importantly, it helps to generate greater variety of glycopeptide series with rich information for glycosylation site identification. In addition, binary matrices 5-chloro-2-mercaptobenzothiazole (CMBT) /2,5-dihydroxybenzoic acid (DHB) were found to form homogeneous microcrystal on the target with the purified glycopeptides, leading to improved detection sensitivity. Thus, the present work provides an optimized solution to speed up the characterization of N-linked glycosylation sites in glycoproteins.     

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。     

Click maltose as an alternative to reverse phase material for desalting glycopeptides

Desalting peptides before mass spectrometry analysis is important because salts lead to adduct formation, increased chemical noise and ion suppression effect. A high concentration of salt can clog nanoelectrospray ionization (ESI) emitters. The reverse phase C18 material is commonly used to desalt peptides because of its high binding capacity. However, peptides with high hydrophilicity, such as glycopeptides, are not retained well on this material, resulting in the loss of peptide information. To improve the efficiency of glycopeptide desalting, we introduced a hydrophilic interaction chromatography (HILIC)-based material named click maltose. Four glycoproteins, horseradish peroxidase (HRP), human serum immunoglobulin G (IgG), bovine ribonuclease B (RNase B), and α-1 acid glycoprotein (AGP) were chosen as models and their glycopeptides were desalted with click maltose, AQ C18, Empore C18 and ZipTip C18. Click maltose as a HILIC material exhibited better performance than the other three C18 materials for both number of targeted glycopeptides and their corresponding intensities. In addition, accurate glycopeptide profiling was achieved with click maltose desalting regardless of peptide lengths and glycan types.     

两性离子双功能化超亲水金属有机框架纳米复合材料的制备及其用于糖肽的选择性富集

蛋白糖基化是生物体中普遍发生且重要的生物学过程,其参与多种分子生物学的功能和途径,是临床诊断重要的生物标志物。但是,糖肽因其丰度低、离子化效率低、糖链异质性等难点,使糖蛋白分析一直面临巨大的挑战。因此,研究合成了一种新型的两性离子双功能化纳米金(AuGC)修饰的超亲水性沸石咪唑骨架(ZIF-8)纳米复合材料(AuGC/ZIF-8),并建立了亲水相互作用色谱(HILIC)和基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)联用选择性富集糖肽的分析方法。谷胱甘肽和半胱氨酸双功能化的协同作用,使MOF具有超亲水性和低空间位阻,为糖肽选择性富集提供了更多的亲和位点。研究以辣根过氧化物酶(HRP)为模式糖蛋白,通过AuGC/ZIF-8富集后,MALDI-TOF MS分析。结果表明,AuGC/ZIF-8对HRP糖肽的富集能力高达250 μg/mg,且在与牛血清白蛋白(BSA)混合溶液中(HRP-BSA (1∶200,质量比))显示出对HRP糖肽的高选择性,以及极低含量下(0.3 ng/μL)的高灵敏度。因此,在复杂生物样品糖蛋白的富集分离中具有很大的应用潜力。     

重组含糖识别结构域的人源半乳糖凝集素-3在糖蛋白/糖肽富集中的应用

植物凝集素是广泛使用的糖蛋白富集和识别材料,动物凝集素则较少被尝试用于糖蛋白富集。基于人源半乳糖凝集素-3的糖识别结构域(CRD),设计了两种重组凝集素:Gal3C(一个CRD)和Tetra-Gal3C(四重串联CRD)。通过将两种凝集素固定于链霉亲和素琼脂糖小球上,构造了富集糖蛋白的重组凝集素亲和柱。使用凝胶电泳、免疫印迹以及生物质谱技术对重组凝集素的生物特征及其糖蛋白富集能力进行了表征与评价,发现两种类型的重组凝集素对糖蛋白/糖肽都有良好的富集效果,并具有较高的特异性和灵敏度。相对于Gal3C而言,TetraGal3C由于具有四重串联的CRD结构域,表现出更高的糖蛋白/糖肽富集能力。该凝集素亲和柱成功用于人肝癌细胞系HepG2的糖蛋白富集,表明重组凝集素具有从复杂生物样本中选择性识别和富集糖蛋白/糖肽的能力。     

A procedure for the analysis of site‐specific and structure‐specific fucosylation in alpha‐1‐antitrypsin

A MS‐based methodology has been developed for analysis of core‐fucosylated versus antennary‐fucosylated glycosites in glycoproteins. This procedure is applied to the glycoprotein alpha‐1‐antitrypsin (A1AT), which contains both core‐ and antennary‐fucosylated glycosites. The workflow involves digestion of intact glycoproteins into glycopeptides, followed by double digestion with sialidase and galactosidase. The resulting glycopeptides with truncated glycans were separated using an off‐line HILIC (hydrophilic interaction liquid chromatography) separation where multiple fractions were collected at various time intervals. The glycopeptides in each fraction were treated with PNGase F and then divided into halves. One half of the sample was applied for peptide identification while the other half was processed for glycan analysis by derivatizing with a meladrazine reagent followed by MS analysis. This procedure provided site‐specific identification of glycosylation sites and the ability to distinguish core fucosylation and antennary fucosylation via a double digestion and a mass profile scan. Both core and antennary fucosylation are shown to be present on various glycosites in A1AT.     

Glycosylation States on Intact Proteins Determined by NMR Spectroscopy

Protein glycosylation is important in many organisms for proper protein folding, signaling, cell adhesion, protein-protein interactions, and immune responses. Thus, effectively determining the extent of glycosylation in glycoprotein therapeutics is crucial. Up to now, characterizing protein glycosylation has been carried out mostly by liquid chromatography mass spectrometry (LC-MS), which requires careful sample processing, e.g., glycan removal or protein digestion and glycopeptide enrichment. Herein, we introduce an NMR-based method to better characterize intact glycoproteins in natural abundance. This non-destructive method relies on exploiting differences in nuclear relaxation to suppress the NMR signals of the protein while maintaining glycan signals. Using RNase B Man5 and RNase B Man9, we establish reference spectra that can be used to determine the different glycoforms present in heterogeneously glycosylated commercial RNase B.     

基质辅助激光解吸电离质谱和电喷雾电离质谱在辣根过氧化物酶糖肽结构分析中的应用

糖链结构的质谱解析是今后糖蛋白分析中的重要研究内容,其中完整糖肽的分析,由于可以同时获得糖基化位点和对应糖链的结构信息,更具有重要意义和研究前景。本工作对质谱软电离技术在完整糖肽分析中的应用进行了研究,其中包括了基质辅助激光解吸电离(matrix-assisted laser desorption ionization, MALDI)和电喷雾电离(electrospray ionization, ESI)技术。通过平行使用两种串联质谱(tandem mass spectrometry, MS/MS)分析策略: MALDI-MS/MS和ESI-MS/MS对目标糖蛋白——辣根过氧化物酶进行分析,并讨论了其互补性。结果表明,MALDI和ESI技术各有优劣,结合串联质谱分析,可获得糖肽的糖链结构信息;两条路线互补使用,在揭示蛋白质糖基化修饰(位点和结构)的研究中十分必要。     

Liquid chromatography mass spectrometry for the determination of salvianolic acid B,a natural compound from the herb Danshen in rat plasma and application to pharmacokinetic study

A sensitive and specific liquid chromatographic–electrospray ionization mass spectrometric method was developed for quantification of salvianolic acid B in rat plasma with resveratrol as the internal standard. The analytes were separated on a reversed‐phase column with acetonitrile (40%) and water (60%) containing 0.75% formic acid as mobile phase at a flow rate of 1 mL/min. Liquid–liquid extraction was adopted for the sample preparation, and the analytes were determined using electrospray negative ionization mass spectrometry in the selective monitoring mode. The method was validated over the concentration range 0.1–40 µg/mL using 0.1 mL of plasma with coefficients of correlation >0.999. The intra‐ and inter‐day precisions of analysis were <10%, and accuracy ranged from 94 to 101%. This method was successfully applied to a pharmacokinetics of salvianolic acid B in rats. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.