基于功能纳米复合材料的细胞表面糖基化蛋白质分析新方法研究

Membrane proteomics has aroused considerable interest in the last few years since membrane proteins play critical roles in many biological functions and are often the molecular targets for drug discovery. A lot of cancer biomarkers are found to be glycosylated membrane proteins. However, the analysis of glycosylated membrane proteins presents a great challenge largely due to their inherent low abundance, poor solubility, and strong hydrophobicity. This study aims to develop a novel analytical method for cell surface glycoproteins through combining plasma membrane enrichment technique based on magnetic polymer composite nanoparticles and boronic acid-assisted solid-phase extraction method for glycopeptides. Since the glycan structure would not be destroyed in this strategy, the captured glycopeptides would be analyzed using glycopeptide targeted mass spectrometric analysis procedure developed in our lab previously. Through the GRIP software owned by ourselves, the precise glycan structure on glycopeptides could be obtained. The presented analytical method would be applied in high-throughput analysis of cell membrane glycoproteome research on different kinds of cells such as stem cell-like cells, which have important theoretical significance and potential value for cancer biomarker identification.

细胞膜蛋白质组学是当今科学研究的热点和难点问题，目前所发现的很多具有临床应用价值的肿瘤筛查标志物都是糖基化的膜蛋白。然而，糖基化修饰的膜蛋白固有含量低、溶解性差、疏水性强，在样品的前处理和后续的质谱分析方面都存在极大的挑战。本项目拟将在前期工作的基础上，建立磁性聚合物纳米复合材料富集质膜的方法，以及硼酸修饰功能材料富集糖基化肽段的方法，并将两种富集技术顺序串联，特异性地鉴定细胞表面的糖基化蛋白质。由于硼酸官能团修饰的材料可以在不破坏糖链结构的情况下实现糖肽的富集，在后续的质谱分析中将采用本实验室已建立的完整糖肽分析方法，结合自主研发的GRIP软件，对糖链结构进行高精度的质谱解析。将所发展技术应用于包括肿瘤干细胞在内的不同种类的细胞表面糖蛋白质组学的高通量研究中，为大规模筛选癌症相关的潜在特异性糖蛋白生物标志物提供坚实的技术基础。

蛋白质糖基化是生物体内发生最为普遍形式也最复杂的一种翻译后修饰，在细胞生长、分化、发育，细胞间相互作用，肿瘤的发生发展等众多生理过程中扮演着极其重要的作用。目前所发现的很多具有临床应用价值的肿瘤筛查标志物都是糖基化的蛋白质。然而，由于糖链并不是基因表达的直接产物，其生物合成是通过各种糖基转移酶和糖苷酶按照一定的顺序逐步进行的，这就使得同一个糖基化位点可能呈现多种糖型。再加上天然糖基化蛋白质的丰度本来就极低，因此，对于专注于糖基化蛋白质组学研究的科学工作者来讲，发展高灵敏度的糖基化蛋白分析新技术是极为迫切也极其必要的。相比基因组学和蛋白质组学，近年来糖组学的发展相对也较为落后。这不仅是因为糖链具有不同的分支结构、多样化的连接方式和复杂的空间构象，而且糖链中的多羟基结构所具有的强亲水性也会导致其离子化效率差、检测灵敏度低，这就严重阻碍了质谱对于糖链的鉴定和结构分析。本课题的研究工作主要是从糖蛋白质组学和糖组学两方面着手，开展了一系列的科学实验，包括设计新的衍生试剂以提高糖链的质谱离子化效率，合成具有亲水段修饰长链的酰肼末端的磁性材料以实现糖链和肽段的分离，开发基于生物正交反应的糖基化肽段富集检测方法等。