上海设施质谱系统黄超兰研究员合作开发新型糖基化修饰分析技术
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时间：2017-09-08
9月5日，Nature子刊Nature Communication在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所国家蛋白质科学研究（上海）设施质谱系统黄超兰研究员与复旦大学杨芃原教授、中科院计算所贺思敏研究员的研究团队合作成果：“pGlyco 2.0 enables precision N-glycoproteomics with comprehensive quality control and one-step mass spectrometry for intact glycopeptide identification”。该研究展示了高通量、高质量的完整N糖肽分析流程，为精准糖蛋白质组分析提供了新的分析工具，并提供了新的糖肽谱图质量评估方法以及目前最大的糖肽数据集。
随着基于质谱技术蛋白质组学的发展，蛋白质后修饰组学的研究日趋成熟，相关成果也大量涌现。其中磷酸化、乙酰化等后修饰的分析技术已经有着非常好的推广应用，糖基化则是最复杂的蛋白后修饰之一，具有非常高的技术难度，但具有多种重要的生物学功能。与其他蛋白后修饰相比，糖基化不但会产生宏观不均一性（每个蛋白上可能有多个后修饰位点），更会产生海量的微观不均一性（每个位点上可能有几十甚至上百种不同的后修饰基团）。除此之外，糖链本身的离子化效率很低。这些因素的结合使得糖基化分析的通量和质量远低于蛋白质组学的常规分析水平。目前已有的糖基化分析方法有明显的局限性：大部分方法仅能分析糖链或糖基化位点等不完整的糖基化信息，而基于糖肽的位点特异性分析方法则存在通量低、假阳性率高、数据质量难以评测等问题。
该研究开发了多种技术，解决了上述完整糖肽分析的三个问题。首先，研究人员广泛测试了目前最新质谱仪器支持的各种碎裂方式并进行了系统性分析、模拟，最后挑选了经过优化的阶梯能量HCD（higher-energy collisional dissociation）作为糖肽的质谱图采集方法。这种方法能够获得丰富的完整糖肽碎片信息，同时保证了数据采集效率。随后，研究人员开发了具有自主知识产权的完整糖肽检索引擎pGlyco2.0。pGlyco2.0能够充分利用阶梯能量HCD糖肽谱图种的碎片信息，并且在糖链、肽段和糖肽三个层面都进行质控，从而获得高质量的鉴定结果。通过测试，pGlyco2.0的假阳性率不到1%，而目前最常用的商用软件Byonic，其假阳性率在特定情况下高达20%。该质控流程为完整糖肽分析领域提供了全新的工具和标准，可以作为后续方法发展的评价指标之一。最终，研究人员使用pGlyco2.0整套流程，在小鼠五个脏器（心肝脑肺肾）中，鉴定了超过一万条非冗余糖肽，是目前最大的完整糖肽数据集。
国家蛋白质科学研究（上海）设施质谱系统黄超兰研究员和彭超博士参与了相关工作，黄超兰研究员为共同通讯作者，复旦大学为第一完成单位。该项目得到国家重点研发计划，国家重大仪器专项，973和863计划的支持。
图：完整糖肽检索引擎pGlyco2.0
