蛋白質(zhì)N-糖基化修飾

糖基化修飾通常是指將糖鏈連接至蛋白質(zhì)或者脂質(zhì)的過程，近年來研究發(fā)現(xiàn)，糖基化修飾的RNA也廣泛存在于細(xì)胞表面。約70%的蛋白質(zhì)為糖蛋白質(zhì)。哺乳動(dòng)物的糖鏈僅包含10種單糖，糖基化修飾是體內(nèi)異質(zhì)性和復(fù)雜性最高的修飾類型。其中蛋白質(zhì)糖基化修飾根據(jù)修飾位點(diǎn)主要分為N-連接和O-連接的糖基化修飾。

N-糖基化修飾一個(gè)涉及一系列糖基轉(zhuǎn)移酶參與、無合成模板的復(fù)雜生物過程。N-糖基化修飾主要發(fā)生在天冬酰胺-X-絲氨酸-三氫嘌呤（Asn-X-Ser/Thr）的識(shí)別基序的天冬酰胺的NH₂基團(tuán)上，其中X可以是除脯氨酸以外的任何氨基酸。N-糖基化合成分為個(gè)步驟進(jìn)行： 14糖前體合成、前體轉(zhuǎn)移至蛋白質(zhì)或者多肽上、糖基轉(zhuǎn)移酶和糖苷酶催化修剪和加工糖鏈。蛋白質(zhì)N-糖基化修飾在蛋白質(zhì)折疊、蛋白-蛋白相互作用、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、病毒感染等生物過程中發(fā)揮重要作用。

N-糖蛋白質(zhì)組學(xué)

目前常見的N-糖蛋白質(zhì)組學(xué)研究方法主要包括以糖基化位點(diǎn)為核心和以位點(diǎn)特異性N-糖鏈為核心的N-糖蛋白質(zhì)組學(xué)。其中以糖基化位點(diǎn)為核心N-糖蛋白質(zhì)組學(xué)主要是采用糖苷酶將糖肽上的糖鏈釋放，然后對(duì)無糖鏈的肽段進(jìn)行常規(guī)蛋白質(zhì)組學(xué)分析；位點(diǎn)特異性N-糖鏈為核心的N-糖蛋白質(zhì)組學(xué)則是通過改良質(zhì)譜數(shù)據(jù)采集模式，同時(shí)獲得肽段和糖鏈的碎片離子信息，進(jìn)而通過專業(yè)軟件解析出完整糖肽信息。由于位點(diǎn)特異性N-糖蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)不僅可以提供蛋白質(zhì)糖基化位點(diǎn)的信息，還可以給出具體糖鏈組成信息，這極大的滿足了研究者對(duì)于蛋白質(zhì)N-糖基化修飾的多樣性和異質(zhì)性的研究需求，這一技術(shù)也得到了更廣泛的應(yīng)用（圖1）。

圖1. N-糖蛋白質(zhì)組學(xué)實(shí)驗(yàn)策略。①以糖基化位點(diǎn)為核心的糖蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)：蛋白質(zhì)信息、N-糖基化位點(diǎn)；②以完整糖肽的糖蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)：蛋白質(zhì)信息、肽段序列、N-糖基化位點(diǎn)、糖鏈組成/結(jié)構(gòu)；③以糖鏈的糖蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)：糖鏈組成/結(jié)構(gòu)。

從三篇文章看阿爾茨海默病糖蛋白質(zhì)組學(xué)研究現(xiàn)狀

一項(xiàng)名為“Integrative glycoproteomics reveals protein N-glycosylation aberrations and glycoproteomic network alterations in Alzheimer’s disease"的研究重點(diǎn)是了解糖基化在阿爾茨海默病（AD）中的作用。以下是要點(diǎn)：

l   亮點(diǎn)：AD組織糖蛋白質(zhì)組學(xué)研究（N-糖基化位點(diǎn)）

l   樣本：AD患者和年齡匹配的對(duì)照組的16對(duì)人腦組織

l   蛋白質(zhì)糖基化檢測(cè)技術(shù)：糖蛋白組學(xué)方法——糖基化位點(diǎn)糖蛋白質(zhì)組學(xué)（圖1①）

l   糖蛋白組學(xué)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)分析顯示，共調(diào)節(jié)的N -糖肽/糖蛋白有13個(gè)模塊，其中6個(gè)與AD表型相關(guān)；AD大腦中存在多種失調(diào)的N -糖基化影響過程和途徑，包括細(xì)胞外基質(zhì)功能障礙、神經(jīng)炎癥、突觸功能障礙、細(xì)胞粘附改變、溶酶體功能障礙、內(nèi)吞運(yùn)輸失調(diào)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能障礙和細(xì)胞信號(hào)失調(diào)。

一項(xiàng)名為“In situ spatial glycomic imaging of mouse and human Alzheimer’s disease brains"的研究重點(diǎn)是了解n -鏈聚糖在阿爾茨海默病（AD）中的的空間異質(zhì)性。以下是要點(diǎn)

l   亮點(diǎn)：多種N-糖鏈分子的空間分布特征

l   樣本：年齡匹配的5xFAD、 rTg4510以及野生型（WT）C57BL/6雄鼠（冷凍切片），3個(gè)AD患者的海馬組織（石蠟組織切片）

l   糖基化檢測(cè)技術(shù)：質(zhì)譜成像技術(shù)，組織N-糖鏈分子成像，檢測(cè)分子為圖1③

l   研究成果：與AD相關(guān)的強(qiáng)大的區(qū)域特異性N -鏈聚糖變化。這些數(shù)據(jù)表明，N鏈聚糖失調(diào)可能是AD病理的基礎(chǔ)

一項(xiàng)名為“Human brain glycoform coregulation network and glycan modification alterations in Alzheimer’s disease"的基于完整糖肽的定量糖蛋白組學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)相結(jié)合的人類AD和對(duì)照腦的蛋白質(zhì)組級(jí)糖形態(tài)分析研究。以下是要點(diǎn)

l   亮點(diǎn)：AD組織的位點(diǎn)特異性完整糖肽的糖蛋白質(zhì)組學(xué)檢測(cè)，糖基化酶表達(dá)譜與糖蛋白質(zhì)組的聯(lián)合分析

l   樣本：AD患者和年齡匹配的對(duì)照組的16對(duì)人腦組織

l   糖基化檢測(cè)技術(shù)：以完整糖肽為核心的糖蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)（圖1②）

l   研究成果：發(fā)現(xiàn)與AD臨床表型、淀粉樣蛋白-β積累和tau病理相關(guān)的糖形和聚糖模塊

這三篇文章從不同角度解析了與AD發(fā)生相關(guān)的蛋白質(zhì)N-糖基化修飾。對(duì)于疾病糖蛋白質(zhì)組學(xué)的研究來說，臨床樣本的選擇是最為關(guān)鍵的：目前更多研究AD的文章主要采用腦脊液或者血液作為研究目標(biāo)，這樣的研究發(fā)現(xiàn)的糖蛋白質(zhì)一般為診斷標(biāo)志物，限制了對(duì)于疾病發(fā)生發(fā)展機(jī)制的深入研究。對(duì)于糖蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)來說，以完整糖肽為核心的糖蛋白質(zhì)組學(xué)策略可以從蛋白質(zhì)、糖基化位點(diǎn)和糖鏈三位一體的分析糖蛋白質(zhì)；針對(duì)于以N-糖鏈為核心的糖蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，質(zhì)譜成像技術(shù)可以繪制N-糖鏈分子的組織空間分布圖像，這使得這一技術(shù)備受關(guān)注。

糖蛋白質(zhì)組學(xué)的數(shù)據(jù)分析以及結(jié)果解讀對(duì)于大部分科研工作者來說是一大難題，我們后續(xù)會(huì)針對(duì)這一問題為大家進(jìn)行詳細(xì)解讀。

參考文獻(xiàn)

Integrative glycoproteomics reveals protein N-glycosylation aberrations and glycoproteomic network alterations in Alzheimer’s disease. Science Advances(2020), IF: 13.6.

In situ spatial glycomic imaging of mouse and human Alzheimer's disease brains. Alzheimers Dement(2022) , IF: 17.1.

Human brain glycoform coregulation network and glycan modification alterations in Alzheimer’s disease. Science Advances(2024), IF: 13.6.