PEAKS GlycanFinder是一款用于深度糖蛋白質(zhì)組學(xué)分析的綜合性軟件,可以很好地分辨糖鏈結(jié)構(gòu)。它利用基于糖肽的方法來(lái)分析LC-MS/MS數(shù)據(jù)中的糖蛋白。PEAKS GlycanFinder集成了糖庫(kù)搜索和糖的從頭測(cè)序[1],提升N-和O-聚糖的鑒定和定量。并開(kāi)發(fā)了基于深度學(xué)習(xí)的算法來(lái)解決糖基化位點(diǎn)和糖基結(jié)構(gòu)的模糊匹配問(wèn)題。
特色功能
- 從結(jié)構(gòu)層面分辨N糖和O糖
- 結(jié)合多酶聯(lián)合酶切方法,深度剖析糖基化位點(diǎn)
- 糖肽的非標(biāo)記和標(biāo)記定量分析
- 糖的從頭測(cè)序幫助發(fā)現(xiàn)未知聚糖
- 結(jié)果圖形可視化,便于快速驗(yàn)證
- 支持Orbitrap, timsTOF and ZenoTOF原始數(shù)據(jù)
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蛋白糖基化
蛋白質(zhì)糖基化是指糖基或聚糖附著在蛋白特定氨基酸上的反應(yīng),是最重要的翻譯后修飾之一,在眾多生物學(xué)過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。據(jù)估計(jì),蛋白質(zhì)組中50%以上的蛋白質(zhì)是糖蛋白。聚糖是一種基于碳水化合物的異質(zhì)結(jié)構(gòu),可以是線性的,也可以是支鏈的,附著在糖蛋白內(nèi)的氨基酸側(cè)鏈上。糖蛋白中的聚糖可分為N糖,即與天冬酰胺氮原子(N)結(jié)合,或O糖,即與絲氨酸(S)或蘇氨酸(T)側(cè)鏈的氧原子結(jié)合。重要的是,糖基化可以影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和功能,對(duì)生理和病理功能都有很大影響。
糖蛋白質(zhì)組學(xué)和質(zhì)譜
糖蛋白質(zhì)組學(xué)是從給定的細(xì)胞或組織蛋白質(zhì)組中鑒定聚糖和相關(guān)的糖基化位點(diǎn)。來(lái)自MS/MS的碎片數(shù)據(jù)用于鑒定糖基化位點(diǎn)及其附著的N糖或O糖的結(jié)構(gòu)。過(guò)去,基于LC-MS/ MS的糖蛋白質(zhì)組學(xué)研究一直面臨糖的結(jié)構(gòu)異質(zhì)性問(wèn)題,即每個(gè)多肽可能存在多個(gè)糖基化位點(diǎn),并且相同的聚糖組成可能包含多個(gè)不同的結(jié)構(gòu)。
PEAKS GlycanFinder就是為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)所進(jìn)行設(shè)計(jì)的。將所有肽譜匹配(PSMs)一致的結(jié)果用于確定糖基化位點(diǎn)。通過(guò)多種酶聯(lián)合酶切,PEAKS GlycanFinder可提供非常準(zhǔn)確的糖基化位點(diǎn)分析。如果多個(gè)候選糖鏈與某一糖譜相匹配,則為每個(gè)候選糖鏈計(jì)算一個(gè)S-Score。此外,糖的從頭測(cè)序克服了糖庫(kù)不完整的阻礙。
蛋白質(zhì)視圖
蛋白質(zhì)視圖(Protein View)顯示的是從復(fù)雜生物樣品中鑒定到的蛋白質(zhì)。對(duì)于每個(gè)蛋白質(zhì),序列覆蓋視圖顯示每個(gè)蛋白質(zhì)的多肽匹配,并且結(jié)果是交互式的,因此用戶可以直接點(diǎn)擊查看每個(gè)肽譜匹配。用戶可以很容易地通過(guò)顏色判斷肽段類(lèi)別,藍(lán)色表示搜庫(kù)匹配到的肽段,紫色表示N糖肽和橙色表示O糖肽。點(diǎn)擊某一個(gè)蛋白質(zhì)的糖基化位點(diǎn)(N,S,T為紫色),將以表格形式和餅狀圖的形式顯示聚糖的分布。
多水平深度糖譜剖析
PEAKS GlycanFinder提供兩種工作流用于分析糖蛋白質(zhì)組學(xué),即定性和定量工作流,包括糖基化位點(diǎn)分析(Glycan Site Profiling)和糖基化樣品分析(Glycan Sample Profiling)。
Site Profiling Workflow
多酶聯(lián)合酶切揭示了每個(gè)糖基化位點(diǎn)的聚糖譜的細(xì)節(jié)。對(duì)于每個(gè)位點(diǎn),給出所有酶中的最佳匹配結(jié)果。
Sample Profiling Workflow
通過(guò)Sample Profiling Workflow(樣本分析工作流)可以獲取蛋白的位點(diǎn)信息以及不同樣本中糖肽的非標(biāo)記和標(biāo)記定量豐度。
價(jià)態(tài)匹配(Charge Lookup)
肽段經(jīng)霧化電離后,通常會(huì)產(chǎn)生幾種不同價(jià)態(tài)的母離子,但并不是所有母離子都能產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的二級(jí)譜。通常,PEAKS只計(jì)算有鑒定信息的母離子的特征峰面積用作該肽段的定量。因此,如果糖肽中某些價(jià)態(tài)的母離子未得到鑒定結(jié)果,該肽段的定量就會(huì)受到影響。為了得到更準(zhǔn)確的糖肽定量信息,PEAKS GlycanFinder采用價(jià)態(tài)匹配(Charge Lookup)的方式來(lái)尋找同一多肽的所有母離子,然后將所有母離子的特征峰用于對(duì)應(yīng)糖肽的定量。示例見(jiàn)下方圖6,可以看到被 (HexNAc)4(Hex)5(Fuc)1(NeuGc)1修飾的EEQFN(+2075.73)STFR糖肽只有4個(gè)特征峰被鑒定到,但是在Glycan Chart中,用作糖肽面積計(jì)算的#Feature有5個(gè),這就是通過(guò)Charge Lookup實(shí)現(xiàn)的。
糖肽視圖
在PEAKS GlycanFinder中,糖肽視圖(Glycopeptide View)提供兩種糖基化肽段的譜圖查看方式,鏡像譜圖注釋便于驗(yàn)證糖鏈結(jié)構(gòu)。
糖基化位點(diǎn)精確度(A-Score)
PEAKS GlycanFinder通過(guò)A-score在MS/MS水平對(duì)糖基化位點(diǎn)進(jìn)行精確鑒定。A-score通過(guò)-10*log10(P)計(jì)算,P表示糖基化位點(diǎn)隨機(jī)匹配的可能性。因此,A-score越大說(shuō)明這條肽段上匹配到該糖基化位點(diǎn)的可信度越高。
糖鏈結(jié)構(gòu)特異性 (S-Score)
糖肽上的糖鏈都會(huì)給出一個(gè)S-Score(%),表示糖庫(kù)中匹配到該糖鏈組成的糖型的匹配可信度。對(duì)于糖庫(kù)中相同組成成分的糖型,候選糖鏈會(huì)按照糖的Y-ion數(shù)量排序,S-Score的計(jì)算公式為:S-Score = (most Y-ion count – 2nd most Y-ion count)/(most Y-ion count)。S-Score得分越高越好,100%意味著只有1個(gè)候選糖鏈結(jié)構(gòu)并且匹配地非常好。0%意味著top1和top2的結(jié)構(gòu)非常相似,無(wú)法確切地說(shuō)哪個(gè)是最佳匹配。
糖的從頭測(cè)序
當(dāng)糖庫(kù)中包含的糖不完全,或者肽段上發(fā)生了非預(yù)期的修飾時(shí),PEAKS GlycanFinder的從頭測(cè)序算法可以提供更多的糖肽鑒定結(jié)果。
糖庫(kù)編輯工具
在PEAKS GlycanFinder中,用戶可以通過(guò)糖庫(kù)編輯工具自定義糖庫(kù),使用畫(huà)板編輯和修改糖庫(kù)中的聚糖并輕松導(dǎo)入軟件。軟件也可以同時(shí)提供糖的理論碎片離子信息。
糖蛋白質(zhì)組學(xué)的LFQ和標(biāo)記定量
在糖蛋白質(zhì)組學(xué)的研究中,得到糖基化位點(diǎn)在不同組別中的變化非常重要,因?yàn)檫@些變化可以幫助我們?nèi)ズY選被糖蛋白調(diào)控的生物學(xué)過(guò)程。在PEAKS GlycanFinder中,我們可以實(shí)現(xiàn)非標(biāo)記和標(biāo)記定量。
非標(biāo)記定量(LFQ)
PEAKS GlycanFinder提供非標(biāo)記定量(LFQ)的工作流,計(jì)算蛋白(包括糖蛋白)的相對(duì)豐度。定量基于不同樣本中肽段特征峰的相對(duì)豐度計(jì)算,并進(jìn)行樣本間的match between run匹配。
標(biāo)記定量
不同于LFQ,TMT/iTRAQ的定量是基于MS2或MS3譜中特定m/z處報(bào)告離子的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)的。
標(biāo)記后的混合樣品上機(jī)時(shí),來(lái)源于不同樣本的同一條多肽具有相同的母離子m/z和保留時(shí)間,同時(shí)進(jìn)行碎裂。在MS2或MS3譜圖中,不同樣本對(duì)應(yīng)的不同標(biāo)記試劑產(chǎn)生不同的報(bào)告離子,用于計(jì)算樣本間的相對(duì)定量。PEAKS GlycanFinder內(nèi)置商業(yè)化TMT/iTRAQ定量方法,也支持用戶自定義標(biāo)簽。
參考文獻(xiàn)
[1] Sun, W., Zhang, Q., Zhang, X. et al. Glycopeptide database search and de novo sequencing with PEAKS GlycanFinder enable highly sensitive glycoproteomics. Nat Commun 14, 4046 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-39699-5