共占位N-和O-糖肽的定量与位点特异性分析

Quantification and Site-Specific Analysis of Co-occupied N- and O-Glycopeptides.

作者信息Joann Chongsaritsinsuk, Valentina Rangel-Angarita, Taryn M Lucas, Keira E Mahoney, Olivia M Enny, Mitchelle Katemauswa, Stacy A Malaker
PMID39498894
发布时间2024-12-06
DOI10.1021/acs.jproteome.4c00574

实验完整度

包含重组/纯化蛋白的定量分析、复杂样本(血清、细胞裂解液)的富集验证,以及通过PNGaseF和EndoH&F2处理进行位点确认,三个层面实验支持。

主要模型

重组TIM-4(HEK293细胞表达) 重组podocalyxin(NS0细胞表达) 重组LAMP-4(HEK293细胞表达) 人血浆纯化的C1-Inh

重点核对

粘蛋白(TIM-4、C1-Inh、podocalyxin、LAMP-4)的共占位频率 非粘蛋白(serotransferrin、fetuin、hemopexin、VWF)的共占位频率 使用PNGaseF处理以释放N-糖并定量,EndoH和EndoF2处理以确认N-糖位点占用 通过AUC相对定量计算(检测于三重复中至少两个) 基于电子的碎裂(ETD/EThcD)用于O-糖位点定位

摘要

蛋白质糖基化是一种复杂的翻译后修饰,通常分为N-连接和O-连接。根据所研究的糖基化类型和可用仪器,通过多种碎裂方法完成糖肽的位点特异性分析。例如,碰撞解离方法常用于N-糖蛋白组学分析,假设每个胰蛋白酶肽存在一个N-sequon。或者,基于电子的方法更适用于O-糖位点定位。然而,同时存在N-和O-糖基化的肽可能表明N-糖蛋白组学需要基于电子的碎裂方法,而这并不常进行。因此,我们量化了粘蛋白和其他糖蛋白中N-和O-糖肽的出现频率。在粘蛋白中检测到更高的共占位频率,而在非粘蛋白糖蛋白中仅发生可忽略的出现。这通过重组和/或纯化蛋白以及更复杂样品的分析得到证明。在发生共占位的情况下,O-糖位点通常定位于N-sequon内的Ser/Thr。此外,我们发现与占据的Asn邻近的O-聚糖主要是未加工的core 1结构,而距离较远的则更为延伸。总的来说,我们证明了基于电子的方法对于粘蛋白的稳健位点特异性分析是必需的,其中共占位更为普遍。相反,碰撞方法通常足以分析其他类型的糖蛋白。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
共占位N-和O-糖肽在粘蛋白和非粘蛋白糖蛋白中的发生频率如何,以及对碎裂方法选择的影响?
核心机制
粘蛋白中N-和O-糖基化共占位频率较高,O-糖位点常位于N-sequon内或邻近,且邻近的O-聚糖多为未加工的core 1结构,可能由于N-聚糖的空间位阻限制了O-糖基转移酶的访问。
主要证据
对重组/纯化粘蛋白(TIM-4、C1-Inh、podocalyxin、LAMP-4)的质谱分析显示共占位频率为71.5%-95.7%,而非粘蛋白(serotransferrin、fetuin、hemopexin、VWF)中仅VWF检测到共占位(8.2%)。复杂样本富集实验也支持粘蛋白中更普遍。
研究意义
该研究强调粘蛋白的全面糖蛋白组学分析需要结合碰撞和基于电子的碎裂方法,而对常规N-糖蛋白组学,碰撞方法通常足够。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

蛋白质消化和糖苷酶处理

生成N-糖肽和O-糖肽,用于共占位的鉴定和定量

重组或纯化蛋白用蛋白酶(StcE、SmE、IMPa、trypsin、Glu-C)和糖苷酶(PNGaseF或EndoH&F2)处理,以获得肽段。

2

糖肽富集(复杂样本)

从复杂样本(HeLa裂解液、人血清)中富集N-糖肽、O-糖肽和粘蛋白,以检测共占位

使用ConA、WGA、Jacalin和StcE-E447D进行富集。

3

质谱数据采集

通过MS/MS鉴定和定位糖基化位点

使用Orbitrap Eclipse Tribrid质谱仪进行LC-MS/MS分析,采用HCD和ETD/EThcD碎裂。

4

数据分析和定量

鉴定糖肽并计算共占位频率

使用Byonic搜索质谱数据,手动验证糖肽,并计算AUC进行相对定量。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Benzonase核酸酶Sigma-AldrichE1014
DMEM培养基Gibco11965-092
胎牛血清SigmaF0926
青霉素/链霉素Gibco15140122
基于Hank's的无酶细胞解离液SigmaS-004-B
氯化钠Fisher ScientificS25877
氯化镁American BioAB09006
cOmplete Mini EDTA-free蛋白酶抑制剂混合物Roche11836170001
正辛基葡萄糖苷RPI Research Products InternationalNO2007-5.0
CHAPSRPI Research Products InternationalC41010-5.0
LCMS级水ThermoT511490-K2
甲酸Pierce85178
碳酸氢铵Honeywell Fluka40867
NHS活化Sepharose 4 Fast Flow琼脂糖珠Cytiva17090601
StcE-E447D粘蛋白酶突变体In-house--
伴刀豆球蛋白AVector LaboratoriesL-1000
小麦胚芽凝集素Vector LaboratoriesL-1020
Jacalin-agarose珠Vector LaboratoriesAL-1153
磷酸盐缓冲液Gibco14200-075
二硫苏糖醇Sigma-AldrichD0632
胰蛋白酶PromegaV511C
Glu-C内切蛋白酶PromegaV1651
SmE粘蛋白酶In-house--
StcE粘蛋白酶In-house--
IMPa O-糖蛋白酶NEBP0761
PNGaseF(N-糖苷酶F)NEBP0705
内切糖苷酶HNEBP0702S
内切糖苷酶F2NEBP0772S
氯化钙MP Biomedicals153502
乙酸铵Sigma-AldrichA7330
Strata-X 33 μm聚合物反相固相萃取柱Phenomenex8B-S100-AAK
Orbitrap Eclipse Tribrid质谱仪Thermo Fisher Scientific--
Dionex UltiMate 3000高效液相色谱仪Thermo Fisher Scientific--
Acclaim PepMap 100捕集柱Thermo Fisher164564
PepMap RSLC EASY-Spray C18分析柱Thermo FisherES904
重组TIM-4R&D Systems9407-TM
重组podocalyxin样蛋白1R&D Systems1658-PD-050
重组LAMP-4ElabsciencePKSH034029
C1酯酶抑制剂Sigma-AldrichE0518
血管性血友病因子InvitrogenRP-43132
血红素结合蛋白Athens Research & Technology16-16-080513
人脱铁转铁蛋白R&D Systems3188-AT-100MG
牛胎球蛋白APromegaV4961
混合人血清Innovative ResearchISER10mL

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
蛋白质消化和糖苷酶处理
蛋白质来源和量、还原/烷基化条件、糖苷酶类型(PNGaseF或EndoH&F2)及处理时间、蛋白酶组合及比例
阅读提示:Materials and Methods中的'Purified and Recombinant Protein Digestion'小节
糖肽富集(复杂样本)
富集珠类型(ConA、WGA、Jacalin、StcE-E447D)、样本量、孵育时间和温度、洗脱条件、PNGaseF处理
阅读提示:Materials and Methods中的'Enrichment and Digestion of Glycopeptides from Complex Samples'小节
质谱数据采集
色谱柱类型、梯度、MS参数(分辨率、碎裂能量、ETD触发条件)
阅读提示:Materials and Methods中的'Mass Spectrometry Data Acquisition'小节
数据分析和定量
搜索参数(公差、修饰)、过滤评分、XIC提取和AUC计算规则
阅读提示:Materials and Methods中的'Mass Spectrometry Data Analysis'和'Abundance Calculations'小节