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。     

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。     

N-糖组富集方法研究进展

糖基化是一种重要的蛋白质翻译后修饰,使蛋白质具有更多样的功能。N-糖基化作为蛋白质主要的糖基化类型之一,与许多生命活动密切相关,在疾病发生发展中起关键作用。因此,研究糖蛋白N-糖链具有重要意义。生物质谱技术是糖组学研究的重要工具之一,然而,由于糖链结构复杂、丰度低及质谱离子化效率低等原因,基于质谱的N-糖组学研究还面临着很大的挑战。采用生物质谱对N-糖链进行分析时,N-糖链的分离富集必不可少。本文简要介绍了基于质谱的N-糖链分析流程,重点综述了糖链分离富集方法,总结了不同方法的优缺点以及各种技术在生物医学研究中的应用。     

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。     

基于ConA富集和LTQ-FT质谱鉴定的小鼠肝脏内质网N-糖蛋白质组研究

糖基化修饰是生物体内复杂和重要的蛋白质翻译后修饰方式之一.N-糖基化蛋白质在内质网中进行合成的过程中,所有的N-糖链都以甘露糖和葡萄糖结尾,而凝集素ConA对以甘露糖结尾的糖链有较高的亲和性,可以用来富集在内质网中合成的N-糖蛋白质.本文据此提出了一种基于内质网分离和凝集素ConA富集的复杂样品N-糖基化位点研究策略.通过使用高准确度的质谱线性离子阱-傅立叶变换回旋离子共振质谱对N-糖蛋白质进行鉴定,并对N-糖基化位点进行确定.我们采用模式生物C57BL/6J肝脏作为生物样本,在生物水平和质谱水平分别进行了3次重复,共鉴定了212个N-糖蛋白质的323个N-糖基化位点.在这些蛋白中,131个是Swissprot库中已确认的N-糖蛋白质.此方法富集的糖蛋白,糖型统一,有利于样品的分离和PNGaseF酶切作用,提高了鉴定的效率.对鉴定的212个N-糖蛋白质的定位和功能进行了分析,本文鉴定的N-糖蛋白质对现有的鼠肝N-糖蛋白质数据库进行了有效的补充.     

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.     

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。     

基于质谱的糖蛋白/糖链定量技术研究进展

糖基化修饰是一种重要的蛋白质翻译后修饰。糖基化修饰的蛋白质在生命体内具有重要的生物学功能。研究糖蛋白含量以及蛋白上糖链变化对于阐明糖基化修饰的功能具有重要的意义,也是当今的研究热点。本文就糖蛋白和糖链定量方法的研究进展和应用做了简要概述。     

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。