糖蛋白糖链结构分析技术

继基因组学和蛋白质组学,糖组学正在成为生命科学研究的又一新的前沿和热点。林种发生在一个特定的空间 - 时间或在研究对象的特定生理和病理状态中表达的糖基,并从整体的角度分析的碳水化合物的组成和活性。糖蛋白糖链结构是其重要的研究内容之一。糖链有许多分支结构和空间构象,因此携带了大量的生物信息和在生物体内发挥复杂的功能。

根据与糖链连接的不同,蛋白质主要有n -连接和o -连接的糖基化形式。n-连接糖基化是Asn-XXX- ser /Thr测序器中Asn残基上与-NH2连接的糖链(XXX是除脯氨酸以外的氨基酸)。o -连接糖基化是指糖链与蛋白质丝氨酸/苏氨酸残基上的-OH连接。n -联和o -联糖蛋白主要位于细胞膜表面,也可作为分泌蛋白存在。此外,还有两种形式的糖蛋白,GPI锚定蛋白和O-GlcNAc修饰蛋白。

糖链结构分析方法

的糖链结构信息包括糖链的单糖组合物中,异头碳的配置,糖苷键联动,糖残基的序列分析。糖蛋白的糖链的结构分析通常包括提取和糖蛋白的分离,糖链释放和糖链结构的识别的步骤。

  • 糖蛋白的提取和分离

糖蛋白多为膜蛋白,位于细胞表面,水溶性差。通常先制备质膜,然后用CHAPS或Triton X2114等清洗剂进行相分离、有机溶剂萃取等方法提取糖蛋白。所得糖蛋白主要通过透析、超滤、电泳、层析等方法进行分离纯化。

方法可用来直接研究整个细胞的表面上的糖蛋白糖链的结构,而没有糖蛋白的提取和纯化,如糖微阵列和磁性活化细胞分选(MACS)技术。

  • 糖链的释放

纯化的糖蛋白样品准备糖链释放。糖链释放常用于化学释放和酶释放。

化学方法主要有肼溶液和β2消除。

  • 肼水解法能释放的N-糖链和使用自动化糖蛋白的O-糖链。然而,由于该方法中,乙酰化和恢复处理的糖链的严格的反应条件是肼水解,这破坏了蛋白质,使得不可能以研究糖基化位点后需要。
  • β2消除法允许完整的o -糖链与还原端释放。同时,该方法影响了n -糖链的释放,可以识别o -糖链和n -糖链的痕量分析。

用于释放的糖蛋白的糖链广泛使用的酶方法简单,条件是温和的。它提供了组合物,排列顺序和α或糖链残基的残基糖苷的β构型的信息。更常用的具体蛋白酶释放的N-糖链是N-糖肽酶F(PNG酶F)和N-糖肽酶A(PNG酶A)。

  • 糖链的标签

为了在分离、纯化和结构鉴定过程中更有效地检测糖链,往往需要对糖链进行标记或推导。对微量糖链的分离和分析是必要的。常用的标记方法有放射性同位素标记、紫外衍生化和荧光衍生化。

  • 糖链的分离纯化及结构鉴定方法

1)色谱法

高效液相色谱(HPLC)、前沿亲和层析(FAC)、高效阴离子交换层析(HPAEC)。为了更全面准确地分离和分析糖链混合物,可以将不同类型的HPLC组合成多维HPLC (MD-HPLC),如离子交换HPLC、正相HPLC、反相HPLC组合构成3D-HPLC。MD-HPLC技术具有峰重叠小、峰容量大、分辨率高、选择性好等优点,可以提供更多的信息。该技术不仅对糖蛋白糖链的分离纯化具有重要意义,而且是当前糖链结构分析的主流技术。

2)质谱

采用电喷雾质谱(ESI-MS)和基质辅助激光解吸飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)分析高极性、挥发性和热不稳定糖的结构。采用GC-MS、HPLC-MS、CE-MS、Chip-MS等在线技术直接分析痕量样品,无需过多的分离纯化步骤,从而更有效地获取相关糖链结构信息。

3)核磁共振(NMR)

NMR是经常用来分析糖链结构的立体化学的最重要的方法之一。它可以确定的结构中,连接位置,支化和糖链的微分集。

4)微阵列分析

该乙醇酸微阵列技术为代表的糖芯片和凝集素芯片可以间接通过使用特定的识别和结合糖链和凝集素之间的能力提供糖链的结构的信息。这是一个高吞吐量和蛋白质糖基化类型的快速分析的好工具。将制得的凝集素微阵列还可以进一步使用生物分子相互作用分析(BIA)和表面增强激光解析电离时间飞行质谱(SELDI-TOF-MS),以获得有关糖链结构更准确的信息。

参考:

  1. 洛佩斯·阿吉拉尔A,.研究聚糖的工具:化学酶标记聚糖的最新进展。ACS化学生物学,2017年,12(3):611-621。

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