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。     

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。     

伴刀豆球蛋白亲和色谱柱的制备及其在糖蛋白核糖核酸酶B结构分析中的应用

通过对硅胶基质进行化学改性键合伴刀豆球蛋白(Con A),制备了对糖蛋白具有特异亲和作用的亲和色谱固定相;该固定相非特异性吸附弱,对于糖蛋白和糖肽的分离效果良好。对亲和色谱的分离条件进行了优化,以标准糖蛋白核糖核酸酶B(RNase B)为模型,对其进行了纯化;用糖苷酶切除糖链,并对切除糖链前后的RNase B用胰蛋白酶酶解;用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)对亲和色谱分离得到的糖蛋白、糖链及糖肽进行了分析,确定了RNase B的一级结构、糖含量、糖基化位点及糖连接方式。该方法快速准确,适于糖蛋白和糖肽的分离表征。将其应用于血清中糖蛋白及酶解后血清中糖肽的分离富集,取得了很好的效果。     

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。     

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(glycan-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.     

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。     

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。     

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.     

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.     

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.     

基于MALDI-TOF质谱技术分析人宫颈癌 HeLa细胞N-糖链结构轮廓

以微量HeLa细胞(10⁷个)为对象, 经细胞裂解、还原羧甲基化、胰酶降解和Oasis-HLB柱提取分离得到总糖肽后, 用PNGase F酶解释放N-糖链. 对所得N-糖链用Sep-Pak C₁₈柱纯化后进行完全甲基化衍生, 再采用基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)分析HeLa细胞表面N-糖链的结构轮廓. 结果表明, 在获得的34种N-糖链中, 除高甘露糖型、二天线、三天线、四天线和五天线等N-糖链外, 还出现了在某种程度上与肿瘤发生转移相关的特殊平分型和Lewis结构. 利用MALDI-TOF MS技术可快速分析微量癌细胞表面N-糖链的结构轮廓, 为进一步寻找肿瘤糖链标志物及肿瘤的早期预防诊断提供技术支持.     

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.     

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。     

基于寡糖代谢工程的正常和肿瘤细胞中Mucin型O-糖链的质谱定性定量比较分析

基于寡糖代谢工程结合质谱技术(MS结合MS/MS),对4种肿瘤细胞系和1种正常细胞系中的O-糖链进行了定性和相对定量比较分析.结果表明,4种肿瘤细胞系HeLa,SMMC-7721,HepG2和MCF-7中分别检测到19,11,6和5条O-糖链;在正常肝细胞系L02中检测到10条O-糖链.在对肿瘤和正常细胞系中表达的O-糖链进行定性和相对定量比较中发现,结构组成为N1,H1N1A1和H1N1A2的3种糖链在5种细胞系中均有表达;肿瘤细胞系表达的O-糖链的种类比正常细胞多,且岩藻糖基化和唾液酸化程度均高于正常细胞组.肿瘤细胞系中特有的O-糖链主要有岩藻糖化和唾液酸化修饰的Mucin型Core2结构糖链.MS/MS分析表明,其中岩藻糖基化修饰的O-糖链结构组成为H3N3F1A2,H4N4F1A2和H5N5F1A1,唾液酸化修饰的O-糖链结构组成为H5N4A1,H4N4A2和H5N5A2.     

聚酰基氨基脲类多孔有机聚合物的制备及其在糖肽富集中的应用

通过均苯三甲酰肼(BTZ)和对苯二异氰酸酯(PDI)的聚合反应制备了一种新型的聚酰基氨基脲类多孔有机聚合物(POP)。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、交叉极化魔角自旋碳13核磁共振(CP-MAS13C NMR)、氮气物理吸附/脱附实验和水接触角等手段对POP-1的物理性质进行表征。其中比表面积为166 m~2/g,水接触角为46.4°,表明这种多孔材料具有良好的亲水性。因此,尝试将POP-1应用于标准蛋白质和复杂生物样品中糖肽的亲水色谱富集。通过基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF/MS)分析,从500 fmol人血清免疫球蛋白G(IgG)酶解液中共鉴定到19条典型的N-连接糖肽;通过毛细管液相色谱-串联质谱(c LC-MS/MS)分析,从100μg鼠肝蛋白酶解液中共鉴定到属于605个糖蛋白的1 919个糖肽的1 350个N-糖基化位点。这些结果表明POP-1在糖蛋白质组学研究中具有较强的应用潜力。     

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。     

质谱法定量测定高密度脂蛋白结合蛋白的糖基化水平

采用质谱法对4种高密度脂蛋白(HDL)的结合蛋白重组人载脂蛋白血清淀粉样蛋白A(SAA)、 α1-抗胰蛋白酶(A1AT)、 α2-人体血清糖蛋白(A2HSG)和A载脂蛋白C3(Apo C3)从蛋白质含量(蛋白的绝对定量)、 位点特异性糖基化(糖肽的相对定量)及聚糖位点占有率等方面进行了研究. 利用四极杆-飞行时间质谱仪(Q-TOF)测量糖蛋白标样酶解产物的二级质谱碎片离子, 用Byonic软件发现了新的糖基化位点信息, 即增加了原位点处聚糖糖型的种类. 对于A2HSG, 新增了N-糖基化156位点上的4种糖型, N-糖基化176位点上的6种糖型, O-糖基化319位点的4种O-聚糖和O-糖基化346位点上的1种糖型. 对于Apo C3, 只有O-糖基化94一个位点, 在此位点上新增了9种糖型. 同时, 调整了用于定量蛋白的多肽, 使得定量更加准确. 采用三重四极杆串级质谱仪(UPLC-ESI-QQQ)研究了4种结合蛋白中多肽和糖肽的多反应监测(MRM)行为, 并重新计算了每种聚糖的位点占有率, 优化了现有的定量方法.