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Nature Methods:西北大学孙士生课题组报道糖基化位点特异性糖链结构解析新方法

已有 1191 次阅读 2021-8-3 15:39 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流

N-连接糖蛋白广泛分布于细胞膜表面和各种体液中,参与着细胞间识别和通讯、免疫应答、及病原体的宿主识别等重要生物过程。因此,对于蛋白糖基化的精确解析对于理解其生物学功能具有重要意义。


近年来,随着完整糖肽分析方法的发展,同时解析糖基化位点和糖链组成信息已基本可以实现。但由于受到糖基化微不均一性和结构复杂性等因素的影响,位点特异性糖链的结构解析仍充满挑战。


北京时间2021年8月2日晚23时,西北大学孙士生教授课题组联合西安电子科技大学张军英教授课题组Nature Methods杂志在线发表研究论文——“StrucGP: de novo structural sequencing of site-specific N-glycan on glycoproteins using a modularization strategy”。


该论文介绍了一种用于解析糖蛋白上N-连接糖链精细结构的新方法及其配套软件StrucGP,并详细描述了其技术细节。


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该研究中,作者采用了一种模块化策略,将N-糖链结构分为核心结构、糖链类型以及分支结构三个部分,分别进行从头结构解析,然后合并获得糖链的整体结构信息,极大地降低了糖链结构解析的复杂度,提高了糖链结构解析的准确性。StrucGP在糖链结构解析中并不依赖于糖链数据库,因此有助于新的糖链结构鉴定。在可信度方面,StrucGP采用了基于诱饵数据库(decoy database)和诱饵谱图 (decoy spectra) 的假阳性率评估方法,结合糖链各模块精细结构的置信度(probability)评估,以帮助研究人员对糖链结构鉴定的可靠性进行进一步评估。

 

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图1. StrucGP的模块化鉴定原理


该方法首次实现位点特异性N-糖链的结构解析,其不但能够实现N-糖链同分异构体的区分和识别,也可用于新的N-糖链的鉴定。本方法在生物标志物的筛选、疾病治疗靶点的鉴定、糖蛋白抗体药物的糖基化分析、病毒重要糖蛋白的糖基化解析、疾病机理研究等生物医药领域具有广阔的应用前景。比如在肿瘤研究中,StrucGP能够直接获得肿瘤特异性糖链结构所修饰的糖蛋白和糖基化位点等信息,从而获得其亚细胞定位、信号通路、可能的分子功能等关键信息,有助于研究者进一步深入研究特定糖链/糖蛋白的生物学功能。

 

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图2. StrucGP的软件界面


目前,孙士生教授团队已将StrucGP软件应用于肝癌细胞系上皮-间质转化(EMT)过程中糖基化改变的动态监测研究(Jia et al., Theranostics, 2021)。该研究发现肝癌细胞可以通过上调叶酸受体(FOLR1)上三个N-连接糖基化位点特别是Asn-201位点上的核心岩藻糖基化修饰,增强FOLR1的叶酸摄取能力,从而促进肝癌细胞的EMT进程。该研究展示了StrucGP在肿瘤研究中的可能应用场景。


西北大学生命科学学院博士研究生申洁晨贾丽、青年教师刘毅博士和西安电子科技大学硕士研究生苏远杰为本论文的共同第一作者,孙士生教授为本文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委“生物大分子动态修饰与化学干预”重大研究计划、面上项目、青年项目、科技部重点研发计划和中国博士后基金等多项科研经费的资助。


相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41592-021-01209-0

 

参考文献

Shen, J.C. et al. StrucGP: de novo structural sequencing of site-specific N-glycan on glycoproteins using a modularization strategy. Nature Methods 2021. doi.org/10.1038/s41592-021-01209-0

 

Jia et al. Site-specific glycoproteomic analysis revealing increased core-fucosylation on FOLR1 enhances folate uptake capacity of HCC cells to promote EMT. Theranostics 2021; 11(14): 6905-6921. doi: 10.7150/thno.56882





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