聚糖介导的蛋白质相互作用研究的生物信息学资源

Summary

该协议说明了如何使用在线资源探索，比较和解释人类蛋白质糖组。

Abstract

Glyco@Expasy倡议是作为相互依存的数据库和工具的集合而发起的，这些数据库和工具跨越了糖生物学知识的几个方面。特别是，它旨在突出糖蛋白（如细胞表面受体）与聚糖介导的碳水化合物结合蛋白之间的相互作用。在这里，通过两个以人前列腺特异性抗原（PSA）的N-糖组和人血清蛋白的O-糖组为中心的说明性示例介绍了该系列的主要资源。通过不同的数据库查询和可视化工具的帮助，本文演示了如何在连续体中浏览和比较内容，以收集和关联原本分散的信息片段。收集的数据注定要为更复杂的聚糖功能方案提供信息。因此，这里介绍的Glycoinformatics被提议作为一种在给定背景下加强，塑造或反驳对蛋白质糖组特异性的假设的手段。

Introduction

聚糖、它们附着的蛋白质（糖蛋白）和它们结合的蛋白质（凝集素或碳水化合物结合蛋白）是细胞表面的主要分子参与者¹。尽管在细胞 – 细胞通讯中发挥了核心作用，但与基因组学和蛋白质组学中的对应物相比，包括糖组学，糖组学或聚糖相互作用组学数据的大规模研究仍然稀缺。

直到最近，尚未开发出表征复杂碳水化合物的分支结构，同时仍与载体蛋白偶联的方法。糖蛋白的生物合成是一个非模板驱动的过程，其中单糖供体，接受糖蛋白底物以及糖基转移酶和糖苷酶起着相互作用的作用。由此产生的糖蛋白可以具有具有多个分支点的复杂结构，其中每个单糖组分都可以是自然界中存在的几种类型之一¹。非模板驱动的过程将生化分析作为生成寡糖结构数据的唯一选择。附着在天然蛋白质上的聚糖结构的分析过程通常具有挑战性，因为它需要灵敏，定量和稳健的技术来确定单糖组成，键和分支序列²。

在这种情况下，质谱（MS）是糖组学和糖蛋白质组学实验中使用最广泛的技术。随着时间的推移，这些都是在更高的吞吐量设置中执行的，数据现在正在数据库中积累。各种格式的聚糖结构³，填充GlyTouCan4，通用聚糖数据存储库，其中每个结构都与稳定的标识符相关联，而不管定义聚糖的精度水平如何（例如，可能缺少链接类型或模糊的组成）。收集了非常相似的结构，但清楚地报告了它们的微小差异。糖蛋白在GlyConnect5和GlyGen6中进行了描述和策划，这两个数据库相互交叉引用。支持结构性证据的MS数据越来越多地存储在GlycoPOST7中。为了更广泛地覆盖在线资源，参考手册的第52章“糖生物学精要”专门介绍glycoinformatics8。有趣的是，糖肽鉴定软件近年来激增^9，10尽管没有达到可重复性的好处。后一种担忧促使HUPO GlycoProteomics Initiative（HGI）的领导者在2019年设定了软件挑战。通过处理CID，ETD和EThcD片段化模式下的N-和O糖基化人血清蛋白的复杂混合物获得的MS数据可供竞争对手使用，无论是软件用户还是开发人员。关于这一挑战的结果¹¹的完整报告仅在此概述。首先，观察到身份的传播。它主要被解释为由搜索引擎中实施的方法的多样性，它们的设置以及输出如何过滤和肽“计数”引起的。实验设计也可能使一些软件和方法处于（不）优势。重要的是，使用相同软件的参与者报告了不一致的结果，从而突出了严重的可重复性问题。通过比较不同的提交得出的结论是，某些软件解决方案的性能优于其他软件解决方案，并且某些搜索策略产生了更好的结果。这种反馈可能会指导自动化糖肽数据分析方法的改进，进而影响数据库内容。

glycoinformatics的扩展导致创建了门户网站，提供信息和访问多个相似或互补的资源。最新和最新的在综合糖科学丛书的一章中进行了描述¹²，通过合作，以开放获取模式提供了数据共享和信息交换的解决方案。在对Expasy平台¹⁴进行重大改革之后，开发了一个这样的门户网站，最初称为Glycomics@ExPASy ¹³，并更名为Glyco@Expasy，该平台托管了数十年来在几个组学中使用的大量工具和数据库，最受欢迎的项目是UniProt15 – 通用蛋白质知识库。Glyco@Expasy基于可视化分类和显示其相互依赖关系，对数据库和工具的目的和用途进行了教学性发现。以下协议说明了探索糖组学和糖组学数据的程序，并从该门户网站中选择资源，通过糖组学明确地将糖组学和聚糖相互作用组学之间的联系明确化。事实上，糖组学实验产生的结构是完全定义的单糖和部分或完全确定的键，但它们的蛋白质位点附着很差，如果有的话，表征得很差。相反，糖蛋白质组学实验产生精确的位点附着信息，但聚糖结构的分辨率较差，通常仅限于单糖组合物。这些信息在GlyConnect数据库中拼凑在一起。此外，GlyConnect中的搜索工具可用于检测潜在的聚糖配体，这些配体与UniLectin16中识别它们的蛋白质一起描述，通过聚糖与GlyConnect相关联。这里介绍的方案分为两个部分，以涵盖N-连接和O-连接聚糖和糖蛋白特异性的问题。

Protocol

注意：需要具有互联网连接的设备（最好是大屏幕）和最新的Web浏览器，如Chrome或Firefox。使用 Safari 或 Edge 可能不那么可靠。 1. 从GlyConnect中的蛋白质N-糖组到UniLectin的凝集素 从Glyco@Expasy访问资源注意：此处描述的过程是访问 GlyConnect，但可以应用于访问平台中记录的任何资源。 转到 https://glycoproteome.expasy.org/glycomics-expasy，并考虑右侧…

Representative Results

该协议的第一部分（第1节）显示了如何使用GlyConnect平台研究附着在人前列腺特异性抗原（PSA）的Asn-69上的N-聚糖的特异性或共性。使用两种可视化工具强调聚糖表达的组织依赖性（尿液和）以及同种型依赖性（正常和高 pI ）变化（ 图 4 和 图 5 ）。 首先，GlyConnect八达通显示储存在数据库中的实体之间的关联， 透…

Discussion

GlyConnect Octopus作为揭示意外相关性的工具
GlyConnect Octopus最初设计用于查询具有松散的聚糖定义的数据库。事实上，文献经常报道糖组中聚糖的主要特征，例如岩藻糖基化或唾液酸化，由两个或多个触角组成等。此外，无论是N-还是O-连接的聚糖都被归类为核心，如参考手册《Glycobiology的精要^》1中所述，这些聚糖也经常在已发表的文章中引用。最后，聚糖表位（如?…

Materials

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