我系喬亮研究員團(tuán)隊(duì)報(bào)道基于數(shù)據(jù)非依賴性采集的糖蛋白質(zhì)組學(xué)分析方法
蛋白質(zhì)糖基化修飾的精準(zhǔn)分析對(duì)于疾病機(jī)制研究、生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)，以及藥物和疫苗開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。完整糖肽分析能獲得特定糖基化位點(diǎn)與糖鏈的對(duì)應(yīng)關(guān)系信息，是現(xiàn)代糖蛋白質(zhì)組學(xué)研究中十分重要而極具挑戰(zhàn)性的組成部分。目前，糖肽分析最常用的質(zhì)譜采集模式是數(shù)據(jù)依賴性采集（DDA），存在母離子選擇隨機(jī)性的問(wèn)題，其結(jié)果中存在較多的缺失值。近年來(lái)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)非依賴性采集（DIA）模式能彌補(bǔ)DDA的缺點(diǎn)，已開(kāi)始初步應(yīng)用于糖蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域。然而，現(xiàn)有的糖肽DIA分析方法缺乏可靠的質(zhì)控，難以處理多種糖肽在隔離窗口中共碎裂的復(fù)雜情況。
近日，復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系喬亮課題組與合作者在《自然-通訊》（Nature Communications）期刊在線發(fā)表了題為“GproDIA enables data-independent acquisition glycoproteomics with comprehensive statistical control”的研究論文。該研究開(kāi)發(fā)了完整糖肽DIA數(shù)據(jù)分析工具GproDIA，將以肽段為中心DIA分析的概念擴(kuò)展到完整糖肽分析，通過(guò)二維錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率（FDR）和糖型推斷算法提供全面的統(tǒng)計(jì)質(zhì)控，實(shí)現(xiàn)糖肽的精準(zhǔn)鑒定和定量。
二維FDR算法首先為譜圖庫(kù)中目標(biāo)糖肽生成肽段誘餌、糖鏈誘餌和糖肽雙誘餌，從DIA數(shù)據(jù)中提取目標(biāo)糖肽和三種類型誘餌的譜圖信息并對(duì)肽段和糖鏈部分分別進(jìn)行評(píng)分。然后采用雙變量四組分混合模型擬合目標(biāo)糖肽和誘餌的得分分布，由此估計(jì)每個(gè)目標(biāo)糖肽匹配結(jié)果中肽段、糖鏈部分錯(cuò)誤或兩者都錯(cuò)誤的概率（即局部FDR）和所報(bào)告全部結(jié)果的整體錯(cuò)誤率（即全局FDR）。
對(duì)于復(fù)雜樣品，糖肽的鑒定會(huì)受到隔離窗口中相同肽段序列上的其他糖型的潛在干擾。為此，研究人員進(jìn)一步提出了一種糖型推斷算法。該算法首先為DIA隔離窗口內(nèi)的潛在糖型生成鑒定離子，從DIA數(shù)據(jù)中提取這些鑒定離子和目標(biāo)糖肽母離子的譜圖信息進(jìn)行評(píng)分，然后采用貝葉斯層次模型將目標(biāo)糖肽原先的得分同母離子和鑒定離子的得分加以整合，得到糖型的得分，從而對(duì)糖型的錯(cuò)誤率進(jìn)行質(zhì)控。
研究人員將GproDIA在酵母和人血清N-糖肽樣品的DIA數(shù)據(jù)上進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，GproDIA在糖肽鑒定數(shù)、數(shù)據(jù)完整性，以及定量的準(zhǔn)確性和精密度方面均優(yōu)于現(xiàn)有基于DDA的方法。與現(xiàn)有的糖肽DIA分析方法相比，GproDIA不僅能排除肽段部分的錯(cuò)誤鑒定結(jié)果，還能對(duì)糖鏈部分進(jìn)行良好的質(zhì)控，實(shí)現(xiàn)了更準(zhǔn)確的糖肽鑒定。GproDIA為糖蛋白質(zhì)組分析提供了一項(xiàng)有力工具，有望促進(jìn)蛋白質(zhì)糖基化相關(guān)疾病機(jī)制和生物標(biāo)志物的研究。
據(jù)悉，基于DIA的蛋白質(zhì)組學(xué)是喬亮研究員團(tuán)隊(duì)的研究興趣之一，上述工作是該團(tuán)隊(duì)繼2020年初在《自然-通訊》上發(fā)表研究論文報(bào)道基于深度學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)譜圖庫(kù)的DIA分析方法（Nature Communications, 2020, 11: 146）之后，在DIA蛋白質(zhì)組學(xué)研究中取得的又一重要成果。
化學(xué)系2017級(jí)直博生楊奕和復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院曹緯倩青年副研究員為本文共同第一作者，喬亮研究員和曹緯倩為共同通訊作者。楊芃原教授對(duì)本研究給予了大力支持。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。
全文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-26246-3
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