Glikan Aracılı Protein Etkileşimlerinin İncelenmesi için Biyoinformatik Kaynakları

Summary

Bu protokol, insan protein glislerinin çevrimiçi kaynaklarla nasıl keşfedileceğini, karşılaştırılacağını ve yorumlanacağını göstermektedir.

Abstract

Glyco@Expasy girişimi, glikobiyolojideki bilginin çeşitli yönlerini kapsayan birbirine bağlı veritabanları ve araçların bir koleksiyonu olarak başlatıldı. Özellikle, glikoproteinler (hücre yüzey reseptörleri gibi) ve glikanların aracılık ettiği karbonhidrat bağlayıcı proteinler arasındaki etkileşimleri vurgulamayı amaçlamaktadır. Burada, koleksiyonun ana kaynakları, insan Prostat Spesifik Antijeninin (PSA) N-glifili ve insan serum proteinlerinin O-glibrimi üzerine odaklanan iki açıklayıcı örnekle tanıtılmaktadır. Farklı veritabanı sorguları aracılığıyla ve görselleştirme araçlarının yardımıyla, bu makalede, dağınık bilgi parçalarını toplamak ve ilişkilendirmek için bir süreklilikteki içeriğin nasıl keşfedileceği ve karşılaştırılacağı gösterilmektedir. Toplanan veriler, glikan fonksiyonunun daha ayrıntılı senaryolarını beslemeye yöneliktir. Bu nedenle, burada tanıtılan glicoinformatikler, belirli bir bağlamda bir protein glibrifinin özgüllüğü hakkındaki varsayımları güçlendirmek, şekillendirmek veya çürütmek için bir araç olarak önerilmektedir.

Introduction

Glikanlar, bağlı oldukları proteinler (glikoproteinler) ve bağlandıkları proteinler (lektinler veya karbonhidrat bağlayıcı proteinler) hücre yüzeyindeki ana moleküler ^{aktörlerdir1}. Hücre-hücre iletişimindeki bu merkezi role rağmen, glikomik, glikoproteomik veya glikan-interaktomik veriler de dahil olmak üzere büyük ölçekli çalışmalar, genomik ve proteomikteki muadillerine kıyasla hala azdır.

Yakın zamana kadar, hala taşıyıcı proteine konjuge edilirken karmaşık karbonhidratların dallanma yapılarını karakterize etmek için yöntemler geliştirilmemişti. Glikoproteinlerin biyosentezi, monosakkarit donörlerinin, kabul eden glikoprotein substratlarının ve glikoziltransferazların ve glikozidazların etkileşimli bir rol oynadığı şablon güdümlü olmayan bir süreçtir. Ortaya çıkan glikoproteinler, her bir monosakkarit bileşeninin doğada bulunan çeşitli tiplerden biri olabileceği çoklu dallanma noktalarına sahip karmaşık yapılar ^{taşıyabilir1}. Şablon güdümlü olmayan süreç, oligosakkarit yapısal verileri üretmek için tek seçenek olarak biyokimyasal analizi empoze eder. Doğal bir proteine bağlı glikan yapılarının analitik süreci, monosakkarit bileşimini, bağlantılarını ve dallanma ^dizilerini2 belirlemek için hassas, kantitatif ve sağlam teknolojiler gerektirdiğinden genellikle zordur.

Bu bağlamda kütle spektrometresi (MS) glikomik ve glikoproteomik deneylerde en yaygın kullanılan tekniktir. Zaman geçtikçe, bunlar daha yüksek aktarım hızı ayarlarında gerçekleştirilir ve veriler artık veritabanlarında birikmektedir. Çeşitli formatlardaki glikan ^yapıları3, glikan’ın tanımlandığı hassasiyet düzeyine bakılmaksızın her yapının kararlı bir tanımlayıcı ile ilişkilendirildiği evrensel glikan veri deposu GlyTouCan4’ü doldurur (örneğin, muhtemelen eksik bağlantı tipi veya belirsiz bileşim). Çok benzer yapılar toplanmış, ancak küçük farklılıkları açıkça bildirilmiştir. Glikoproteinler, birbirine çapraz referans veren iki veritabanı olan ^GlyConnect5 ve GlyGen6’da tanımlanmakta ve küratörlüğünü yapmaktadır. Yapısal kanıt parçalarını destekleyen MS verileri, GlycoPOST7’de giderek daha fazla depolanmaktadır. Çevrimiçi kaynakların daha geniş bir kapsamı için, referans el kitabının 52. bölümü, Glikobiyolojinin Temelleri, glikoinformatik8’e adanmıştır. İlginçtir ki, glikopeptid tanımlama yazılımı son yıllarda ^{çoğalmıştır9,10} ancak tekrarlanabilirliğin yararına değildir. İkinci endişe, HUPO GlycoProteomics Initiative’in (HGI) liderlerini 2019’da bir yazılım mücadelesi oluşturmaya itti. N- ve O-glikozile insan serum proteinlerinin karmaşık karışımlarının CID, ETD ve EThcD parçalanma modlarında işlenmesinden elde edilen MS verileri, yazılım kullanıcıları veya geliştiriciler olsun, rakiplerin kullanımına sunulmuştur. Bu meydan okumanın sonuçlarıyla ilgili raporun ^tamamı11 yalnızca burada özetlenmiştir. Başlangıç olarak, tanımlamaların yayılması gözlendi. Temel olarak, arama motorlarında uygulanan yöntemlerin, ayarlarının çeşitliliğinden ve çıktıların nasıl filtrelendiğinden ve peptidin “sayıldığından” kaynaklandığı şeklinde yorumlandı. Deneysel tasarım ayrıca bazı yazılım ve yaklaşımları bir dezavantaja (dezavantaj) koymuş olabilir. Daha da önemlisi, aynı yazılımı kullanan katılımcılar tutarsız sonuçlar bildirdiler ve böylece ciddi tekrarlanabilirlik sorunlarını vurguladılar. Farklı gönderimler karşılaştırılarak bazı yazılım çözümlerinin diğerlerinden daha iyi performans gösterdiği ve bazı arama stratejilerinin daha iyi sonuçlar verdiği sonucuna varılmıştır. Bu geri bildirimin otomatik glikopeptid veri analizi yöntemlerinin geliştirilmesine rehberlik etmesi ve dolayısıyla veritabanı içeriğini etkilemesi muhtemeldir.

Glikoinformatiğin genişlemesi, bilgi sağlayan ve birden fazla benzer veya tamamlayıcı kaynağa erişim sağlayan web portalları oluşturmaya yol açtı. En yeni ve güncel olanlar, Kapsamlı Glikobilim kitap serisinin bir bölümünde ^{açıklanmıştır12} ve işbirliği yoluyla, açık erişim modunda veri paylaşımı ve bilgi alışverişine bir çözüm sunulmaktadır. Başlangıçta Glycomics@ExPASy ¹³ olarak adlandırılan ve Glyco@Expasy olarak yeniden adlandırılan böyle bir portal geliştirildi, Expasy platformunun14 büyük revizyonunu takiben, onlarca yıldır çeşitli -omiklerde kullanılan geniş bir araç ve veritabanı koleksiyonuna ev sahipliği yaptı, en popüler öğe UniProt15-evrensel protein bilgi bankası. Glyco@Expasy, görsel bir kategorizasyona ve karşılıklı bağımlılıklarının görüntülenmesine dayanarak, veritabanlarının ve araçların amacının ve kullanımının didaktik bir keşfini sunar. Aşağıdaki protokol, glikoproteomik ve glikan-interaktomik arasındaki bağlantıyı glikomikler yoluyla açıkça ortaya koyan bu portaldan bir dizi kaynakla glikomik ve glikoproteomik verileri keşfetme prosedürlerini göstermektedir. Olduğu gibi, glikomik deneyler, monosakaritlerin tam olarak tanımlandığı ve bağlantıların kısmen veya tamamen belirlendiği yapılar üretir, ancak protein bölgesi bağlanmaları, eğer varsa, zayıf bir şekilde karakterize edilir. Buna karşılık, glikoproteomik deneyler kesin bölge bağlanma bilgisi üretir, ancak genellikle monosakkarit bileşimleriyle sınırlı glikan yapılarının zayıf çözünürlüğü ile. Bu bilgiler GlyConnect veritabanında bir araya getirilir. Ayrıca, GlyConnect’teki arama araçları, glikanlar aracılığıyla GlyConnect’e bağlanan UniLectin16’da onları tanıyan proteinlerle birlikte tanımlanan potansiyel glikan ligandlarını tespit etmek için kullanılabilir. Burada sunulan protokol, N’ye bağlı ve O’ya bağlı glikanlara ve glikoproteinlere özgü soruları kapsayacak şekilde iki bölüme ayrılmıştır.

Protocol

NOT: İnternet bağlantısı olan bir cihaz (daha büyük ekran tercih edilir) ve Chrome veya Firefox gibi güncel bir Web tarayıcısı gereklidir. Safari veya Edge’i kullanmak o kadar güvenilir olmayabilir. 1. GlyConnect’teki bir protein N-glicome’den UniLectin’in bir lektinine Glyco@Expasy’dan kaynaklara erişmeNOT: Burada açıklanan prosedür GlyConnect’e erişmektir, ancak platformda kayıtlı herhangi bir kaynağa erişmek için uygulanab…

Representative Results

Protokolün ilk bölümü (bölüm 1), GlyConnect platformunu kullanarak insan Prostat Spesifik Antijeninin (PSA) Asn-69’una bağlı N-glikanların özgüllüğünün veya ortaklığının nasıl araştırılacağını gösterdi. Dokuya bağımlı (idrar ve seminal sıvı) ve glikan ekspresyonundaki izoforma bağımlı (normal ve yüksek pI) varyasyonlar, iki görselleştirme aracı kullanılarak vurgulanmıştır (Şekil 4 ve Şekil 5). <p …

Discussion

Beklenmedik korelasyonları ortaya çıkarmak için bir araç olarak GlyConnect Octopus
GlyConnect Octopus başlangıçta veritabanını gevşek bir glikan tanımıyla sorgulamak için tasarlanmıştır. Gerçekten de, literatür genellikle glikanların fukozile edilmiş veya sialile edilmiş, iki veya daha fazla antenden yapılmış olması gibi bir glifardaki temel özelliklerini bildirmektedir. Ayrıca, N- veya O-bağlantılı glikanlar, yayınlanmış makalelerde de sıklıkla atıfta bulunulan Gl…

Materials

internet connection	user's choice
recent version of web browser	user's choice