이 기사는 GC-MS에 의한 검출을 위해 글리칸을 구성 연결 특이적 단당류로 화학적으로 분해하여 분획되지 않은 생체 유체에서 글리칸의 통합 조성 프로파일을 분석하도록 설계된 새로운 상향식 글리코믹스 기술의 향상된 형태를 제시합니다. 잠재적인 응용 분야에는 암 및 기타 글리칸 정동 장애의 조기 발견이 포함됩니다.
방법 논문
이 기사는 GC-MS에 의한 검출을 위해 글리칸을 구성 연결 특이적 단당류로 화학적으로 분해하여 분획되지 않은 생체 유체에서 글리칸의 통합 조성 프로파일을 분석하도록 설계된 새로운 상향식 글리코믹스 기술의 향상된 형태를 제시합니다. 잠재적인 응용 분야에는 암 및 기타 글리칸 정동 장애의 조기 발견이 포함됩니다.
글리코실트랜스퍼라제(glycosyltransferase)라고 하는 효소에 의해 템플릿 기반이 아닌 과정에서 합성되는 글라이칸은 다양한 중요한 세포 내 및 세포 외 이벤트에서 중요한 역할을 합니다. 많은 병리학적 상태, 특히 암은 유전자 발현에 영향을 미치며, 이는 다시 배당체 가수분해효소 및 글리코실전이효소의 상대적 풍부도와 활성 수준을 조절할 수 있습니다. 비조절된 글리코실전이효소(glycosyltransferase)로 인한 고유한 비정상적인 전체 글라이칸은 종종 복잡한 생체 유체 내에 미량으로 존재하여 검출이 어렵고 때로는 확률적일 수 있습니다. 그러나 적절한 시료 전처리를 통해 가장 오래된 형태의 질량 분석법(가스 크로마토그래피-질량 분석법, GC-MS)은 복잡한 생체 유체에 존재하는 분지점 및 연결 특이적 단당류("글라이칸 노드")의 수집을 일상적으로 검출할 수 있습니다. 기존의 하향식 글리코믹스 기법을 보완하는 본 연구에서 논의된 접근법은 샘플의 각 구성 글라이칸 노드를 하나의 독립적인 분석 신호로 수집 및 응축하는 것을 포함하며, 이는 글리온 전체의 변화에 대한 자세한 구조적 및 정량적 정보를 제공하고 잠재적으로 조절되지 않은 글리코실전이효소를 밝힙니다. 본원에 제공된 과메틸화 및 후속 액체/액체 추출 단계에 대한 개선은 알칼리성 수성 조건에 대한 과메틸화 글라이칸의 노출을 최소화함으로써 재현성 및 전체 수율을 향상시킵니다. 아세틸화 단계에 대한 수정은 반응 범위와 전체 수율을 더욱 증가시킵니다. 재현성에도 불구하고 N-아세틸헥소사민(HexNAc) 부분 과메틸화 알디톨 아세테이트(PMAA)의 전체 수율은 헥소스 PMAA에 비해 예상 이론적 값보다 본질적으로 낮은 것으로 나타났습니다. 모든 헥소스(또는 HexNAcs)에 대한 XIC 영역의 합에 대한 각 개별 hexose PMAA(또는 HexNAc PMAA)에 대한 추출된 이온 크로마토그램(XIC) 아래 면적의 비율을 계산하면 샘플에서 개별 글라이칸 노드의 상대 정량화를 용이하게 하는 새로운 정규화 방법이 제공됩니다. 현재 검출의 절대적인 한계 측면에서 제약이 있지만, 이 방법은 임상 생체 유체의 분석을 촉진하고 기존의 하향식 당체학에 대한 보완적인 접근 방식으로서 상당한 가능성을 보여줍니다.
당지질, 당 단백질, 프로테오글리칸과 글리코 사 미노 글리 칸 일괄 글리 칸으로 알려진 복잡한 이기종 탄수화물의 네 가지 주요 클래스를 구성한다. 마찬가지로 세포막, 글리코 칼 릭스, 세포 외 매트릭스와 유체 유비쿼터스 적분 성분, 글리 칸은 세포 내 이입 세포 내 피킹, 세포 운동성, 신호 전달 분자 인식, 수용체 활성화, 세포 부착, 호스트 병원체 상호 작용 등의 다양한 생화학 적 과정에 참여 삶의 거의 모든 영역에서 세포 간 통신, immunosurveillance 및 면역 반응 개시. 1 현재는, 글리 칸 폴리머를 구축 글리코 실 트랜스퍼 라 아제로 알려진 효소 글리코 시드 구축 (글리 칸을 무너 뜨리는 또한 글리코시다 아제로 알려진) 가수 분해, 개조와 협력하여 행동 궁극적 글리 칸 폴리머 2 최종 생산하고 있습니다. 각 글 라이코 실 트랜스퍼 라제는 다른 복합 당질에서 작동 할 수 있지만하는 글 라이코 실 트랜스퍼 라제일반적 핵성 수용체의 특정 카테고리 (예를 들어, 지질, 폴리펩티드, 핵산, 또는 성장에 특히 활성 뉴클레오티드 당 공여체 (예, GDP 푸 코스)의 단당 잔기를 전송하여 linkage-과 아노 머 특정 글리코 시드 결합을 위조 올리고당). 단백질 (특히 막과 분비 단백질)의 50 % 이상이-병진 후 당화에 의해 수정 된 것으로 추정 된 3 초보 조합 계산이 당화에 의해 당 단백질에게 부여 상당한 변화, 다양성과 특이성에 대한 감사를 제공합니다.; 폴리펩티드 기판 10 글리코 실화 부위를 가지고 있으며, 각 사이트는 단지 3 개의 단당류 환원 말단 1 글리코 시드 결합을 형성 할 경우, 예를 들어, 이론적 최종 당단백 3 10 = 59049 고유 ID를 가정 할 수있다. 당 단백질, 글리코 시드 결합은 일반적으로 측쇄 질소 O를 형성시퀀스에서 Asn-X-빼앗아에서 F 아스파라긴 잔기 /의 Thr N이 O 4 -glycans 수득 세린 및 트레오닌 잔기의 2 측쇄 수산기를 -glycans 수득하는 (X는 프롤린을 제외한 임의의 아미노산 일 수있다). 거의 예외없이, 글리코 엄격한 도너, 억 셉터, 및 결합 특이성을 나타내는 때문에 셀의 glycome의 조성 (즉, 당화 제품의 보수)은 고유 제한된다. 5 중요 풍부한 혈장 당 단백질은 하류 결과로서 비정상적인 당화 고통 이상 글 라이코 실 트랜스퍼 라제의 발현과 활동으로 인해 다수의 병리 적 상태로, 특히 암과 염증성 질환이다. 6-24
주로 후생 유전 학적 요인 탓으로 glycome는 포유류의 게놈의 약 1 %가 형성, 수정을 인코딩하는 동안. 크게 25, 26 프로테옴 및 사체보다 더 다양한 동적, 복잡하고,글리 칸의 조립체는 비 구동 방식 템플릿 - 현저한 콘트라스트 27 당화 진행 폴리펩티드 및 핵산 생합성한다. 당화 효소 및 영양소 및 전구체 가용성과 같은 환경 적 요인의 상대적인 양 및 활성 사이의 상호 작용은 궁극적으로 포도당의 특성상, 속도 및 정도를 결정한다. 5,28 배아 (예를 들어, 판정 및 분화) 세포 활성화 및 진행을 세포주기에 영향을 미치는 유전자 발현 (즉, 전사 및 번역) 및 그 활성 세포의 글리 칸 프로파일의 바로 상류 인 결정 가능한 글리코의 동일성과 양을 변경. (의 일부) 증식하기 때문에, 접착제 및 암 세포의 침략적 속성은 일반 배아 세포, 글리 칸 생합성 경로 (예를 들면, 전구체 축적, 규제 완화 표현, aberran의 특정 변화들과 유사. t 수정, 구조 절단, 또는 소설 형성) 글리코 실화는 분명히 당화에 몇 변경이 발암과 전이를 활성화 할 수 있습니다, 매우 복잡하지만 종양 형성, 진행, 마이그레이션 및 침략 (29)의 다양한 단계를 나타내는 등의 보편적 인 암 바이오 마커를 제공; 분명히, 특정 "비정상적인"글리코 실화 제품이 실제로 면역 인식을 회피하고 험한 혈관 및 전이성 환경에서 마이그레이션의 요구를 생존 할 수 있도록함으로써 암 세포를 혜택을 누릴 수 있습니다. 28,30,31 당연히 실험 변경의 패턴을 방해하거나 방지하는 것이 밝혀졌다 유전자 발현 및 비정상적인 글리 칸 형성은 종양을 중지 할 수 있습니다. (29) 그럼에도 불구하고 biofluid 샘플 (예를 들어, 소변, 타액 및 혈장 또는 혈청)에서 검출 된 비정상적인 글리 칸은 직접 암의 지표 (또는 다른 질병), 오히려 하류하지 않을 수 있습니다 미묘하지만 중요한의 결과면역 시스템 또는 예측 기관의 악성 상태의 정량화 파급 효과의 변화. (32)
그들은 glycome 대한 범용 정보 많은 분자 상호 작용을 기반 글라 이코믹스 기술 (예를 들면, 렉틴 / 항체 어레이 및 대사 / 공유 라벨)를 제공하지만 전체 글리 칸 구조의 검출에 의존 개별 글리 칸에 대한 상세한 구조 정보를 제공하지 않는다. 현저하게 대조적으로, 질량 분석기 (MS)를 식별하고 각각의 글리 칸 구조를 정량화 폴리펩티드 코어의 결합 부위와 같은 구조적 정보를 노출 할 수있다. 규제 완화 식 또는 하나의 글 라이코 실 트랜스퍼 라제의 활동은 여러 당화 경로에 해로운 분자 사건의 폭포를 시작할 수 있습니다. 각 전이 효소가 하나 이상의 glycoconjugate 기판 상에 상이한 성장 글리 칸 중합체에서 작동 할 수 있기 때문에, 규제 완화 생합성 캐스케이드는 dispropor을 수득레이 터는 단 하나의 글리 칸 제품의 양하지만 인트라 또는 세포 외 체액의 비정상적 글리 칸의 여러 이기종 클래스 증가했다. (33) 그러나, 고유의 비정상적인 글리 칸은 때때로 암 또는 때문에 다른 글리 칸 - 정서적 병리에 대한 바이오 마커로 실용적 고려, 대형 수영장에 비해 의 글리 칸을 잘 조절이 비정상적 글리 칸은 수도가 자주도 질량 분석과 같은 매우 민감한 기술에 의해 탐지 남아 매우 작은 부분을 나타냅니다. 예를 들어, 인트라 - 및 세포 외 체액 (크기 여덟 주문 걸쳐) 광범위한 단백질 농도 스펙트럼은 더욱 풍부한 종에 의해 마스크된다 희소 당 단백질의 검출을 방지 할 수있다. (32) 또한, 당 전이 효소의 활성을 측정하는 것이 실용적 상당한 유지 많은 글리코 실 트랜스퍼 라 아제 임상 biofluids에 결석 또는 생체 전 비활성 상태이기 때문에 이론적 도전. consisten의 어려움에도 불구하고TLY 감지하고 독특한 전체 글리 칸의 울트라 분 수량을 정량화, 질량 분석의 실무자는 임상 마커로 그대로 글리 칸을 사용으로 엄청난 진보를 만들었습니다. 최근 GC-MS를 이용 함께 각 당쇄에 많은 고유성 부여 모든 구성 분 지점과 결합 특이 단당류 ( "당쇄 노드")의 검출을 용이하게 그대로 글리 칸의 분석에 상보적인 방법을 개발 경우는 직접 과실 글 라이코 실 트랜스퍼 라제 (들)의 상대 활성을 정량화 분자 대리를 제공합니다.
첫 번째는 1958 년에 글리 칸 분석에 직접 응용 프로그램을보고 있기 때문에, 가스 크로마토 그래피 (GC)는 34 당 메틸화 모노와 이당류를 분석 자신의 anomericity 절대 구성을 결정하고, 이후의 질량 분석 분석을 분리하는 강력한 기술을 입증했다. (35) 1984 년과 2007 년, Ciucanu와 동료 사이도입 된 2005 년과 2008 년 사이에 물과 클로로포름. (35, 36)를 이용하여 메틸화 글리 칸의 액체 / 액체 추출하여 수산화 나트륨 및 아이오도 메탄을 사용 고상 글리 칸과 메틸화 기술, 정제, 강 및 동료는 시간을 절약 스핀 통합 메틸화 단계에 칼 럼 접근. 2008 년 37, 38는 게츠의 연구 그룹은 비교하고 잠재적으로 침습적 및 비 구별하는 매트릭스 보조 레이저 탈착 이온화 (MALDI) 질량 분석기를 사용하여 글리 칸 프로파일 링 방법과 메틸화 정량적 인 고체상을 고안 -invasive 유방암 세포 39는, 2009 년 게츠 팀 합성 효소, 화학적 분리 기술은 높은 알칼리성 고상 메틸화 방식으로 O -glycans 그대로 당 단백질로부터을 절단하는 40을 게츠 절차 동시 메틸화 화학적 분리를 용이 않는다. O의 -glycans, 그것은 단지 미리 절연 글리코에 도포단백질. 우리는 2013 년이 기술을 수정 트리 플루오로 아세트산을 통합하여 전체 미분 획 biofluids 및 균질 조직 샘플을 위해 적응 (TFA)을 가수 분해, 감소, 및 아세틸 화 단계. 또한 당지질 및 N에서 글리 칸을 해제 (33)이 추가 단계는 당 단백질에서 글리 칸을 -linked 및 변환 특유의 메틸화 - 및 - 아세틸 패턴 고유 GC-MS에 의해 분석을 용이하게 원래 그대로 글리 칸 폴리머 (41) (그림 2)로 구성 글리 칸 노드의 특성을 부분적으로 메틸화 된 알디 톨 아세테이트 (PMAAs, 그림 1),로. 33 궁극적으로,이 절차는 "코어 푸코 실화」, 「6 시알 릴", "한 GlcNAc를 이등분"및 "베타 1-6 분기"고유 당쇄 기능 직접 상대 정량에 기초하여 복소 biofluid 모든 글리 칸의 합성 세로 생성 - 각 하나의 GC-MS의 chromatograp에서 파생 된HIC 피크. 이 문서는 또한 메틸화의 최적화, 아세틸, 격리 및 상대 정량 모드의 개선과 함께 청소 단계를 제공합니다.
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주의 :이 실험에 사용 된 시약의 피부 / 눈 접촉을 피하십시오. 노출되면, 완전히 물에 영향을받는 지역을 세척하고 즉시 의사의 진단을받을 것.
1. 메틸화 및 글리 칸 추출
2. 트리 플루오로 아세트산 (TFA) 가수 분해
주의 : 트리 플루오로 아세트산 (TFA)이 부식 유기산 독성 자극제이다.
3. 감소
4. 아세틸 (흄 후드에서 수행)
5. 가스 크로마토 그래피 - 질량 분석법 (GC-MS)
6. 데이터 분석
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상대 두 가지 중요한 메틸화 단계가 제대로 실행 된있는 경우에 성공적으로 메틸화, 가수 분해, 감소, 인간 혈장 샘플의 아세틸 화를 보여주는 총 이온 전류 크로마토 그램 (TIC)는 그림 3에 표시됩니다.
탄당에 HexNAcs의 상대의 절대 수율 :
N의 -acetylhexosamine (HexNAc) 부분적으로 메틸화 된 알디 톨 아세테이트 (PMAAs)는 탄당보다 낮은 수율을 가지고하는 경향이있다. (43) 탄당에 HexNAcs 상대의 절대 수익률을 추정하기 위해 N의 -acetyllactosamine (A Gal1-4GlcNAc의 이당류)의 여섯 1...
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일반적으로, 탄당에서 부분적으로 메틸화 된 알디 톨 아세테이트의 성공적인 생산 (PMAAs)는 적은 어려움을 내포하고 N의 -acetylhexosamine (HexNAc) PMAAs의 성공적인 생산보다 더 강력합니다. 이 절차의 모든 단계에서 재생 될 때,이 현상의 뒤에 정확한 메커니즘은 알려져 있지만 탄당에 HexNAcs 대하여 고유 (오히려 수산기 이상)이 N의 아세틸 기의 고유 화학에 관련한다. 이 산 가수 분해에 관련된 이러한 현상 뒤에 메커니즘은 한마디로 다른 곳에서. 43 설명, N 개의 -methylacetamido 긍정적으로 산 가수 분해 동안 충전되기위한 능력은 산 가수 분해에 내성 글리코 시드 결합을한다. 이 N의 -acetyllactosamine의 분석에 대해 상기 한 바와 같이 육탄 HexNAc에 비해 낮은 수율 (총 HexNAc + 헥 소오스 신호의 11.3 %, 총보다는 50 %)을 설명한다. 특히,이 비교적 리터Hex...
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저자는 공개할 것이 없습니다.
이 작업은 애리조나 주립 대학의 인문과학대학(College of Liberal Arts and Sciences)에서 CRB에 대한 실험실 창업 자금 형태로 지원되었습니다. 또한 Flinn Foundation(보조금 번호 1977)과 National Institutes of Health의 National Cancer Institute(수상 번호 R33CA191110)의 보조금으로 지원되었습니다. JA는 미국 국립보건원(National Institutes of Health) PREP(Postbaccalalureate Research Education Program)의 국립일반의학연구소(National Institute of General Medical Sciences)의 지원을 받았습니다(수상 번호 R25GM071798). 이 내용은 전적으로 저자의 책임이며 반드시 미국 국립보건원(National Institutes of Health)의 공식 견해를 나타내는 것은 아닙니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
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| 수산화나트륨 구슬 | 367176 | 시그마-알드리치 | 20-40 메쉬, 시약 등급 97% |
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| GC-MS 자동시료주입기 바이알(실란화)* | C4000-9 | ThermoFisher Scientific | Target DP 고회수 바이알, 1.5 ml, 12 mm x 32 mm, 테플론 안감이 있는 피어싱 가능한 캡 |
| 포함 1.5 ml 폴리프로필렌 시험관 | 05-402-25 | ThermoFisher Scientific | 스냅 캡 뚜껑 |
| 2ml 폴리프로필렌 시험관 | 05-408-138 | ThermoFisher Scientific | 스냅 캡 뚜껑 |
| 디메틸 설폭사이드 (DMSO) | D8418 | 시그마 - 알드리치 | 분자생물학용 바이오시약, 시약 등급 >99.0% |
| 요오도메탄 | I8507 | 시그마-알드리치 | 안정제로 구리 함유, ReagentPlus 99% |
| 아세토니트릴 | A955-4 | ThermoFisher Scientific | 옵티마 LC/MS |
| 마이크로 원심분리기 | 75002436: Sorvall Legend Micro 17 원심분리기 | ThermoFisher Scientific | 24 x 1.5/2.0 로터(ClickSeal 생물 격리 뚜껑 포함). 로터 카탈로그 번호: 75003424 |
| 13 x 100 유리 시험관 (실란화)* | 53283-800 | VWR | 13 mm x 100 mm 붕규산 유리 시험관 나사 캡 마감 |
| 유리 시험관용 캡 | 14-930-15D | ThermoFisher Scientific | 킴블&트레이드; 까만 페놀 나사 모자; 13 mm-415 GPI 나사; PTFE 표면 고무 라이너. |
| 염화나트륨 | S7653 | 시그마-알드리치 | >99.5% 순도 |
| 클로로포름 | 4440-08 | 마크롱 정밀 화학 | |
| 트리플루오로아세트산 | 299537 | 시그마-알드리치 | 단백질 시퀀싱을 위한 재증류로 99% 정제됨 |
| 나트륨 붕소 수화물 | 71321 | Fluka Analytical | 99% |
| 수산화암모늄 용액 | 320145 | 시그마-알드리치 | NH3 함량: 28.0-30.0% |
| 메탄올 | AH230-4 | 허니웰 버딕 & Jackson | HPLC 등급 |
| 아세트산 | 320099 | 시그마-알드리치 | 99.70% |
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| 증발 매니폴드용 알루미늄 샘플 홀더 블록 | pi18816 | ThermoFisher Scientific | 블록, 알루미늄, Reacti-Block S-1, 13개 보유 mm 직경 시험관, 13개 구멍(14 mm 직경 x 45 mm 깊이) |
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| DB-5ms GC 컬럼 | 122-5532 | Agilent | 30 m x 0.25 mm ID x 0.25 micron 필름 두께 |
| Chlorotrimethylsilane | 95541 | Sigma-Aldrich | |
| 유리 진공 데시케이터(유리 제품 실란화용) | EW-06536-30 | Cole-Parmer | 12" 너비; 230mm 플레이트 크기 |
| *유리 제품 실란화는 대형 유리 진공 데시케이터에서 클로로트리메틸실란 증기를 사용하여 밤새 사내에서 수행됩니다. | |||
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