糖基化是一種常見的蛋白藥物翻譯后修飾(PTM),在抗體關鍵質量屬性中起著重要作用【1】。生物制品中N-和O-糖基化的深度表征對于確保藥物安全性和有效性至關重要【1】。當應用于糖肽時,傳統的基于碰撞的MS/MS方法,如碰撞誘導解離(CID),會導致不穩定聚糖部分的丟失。因此,使用CID精確測定糖基化位點非常具有挑戰性,尤其是對于沒有共有序列的O-糖基化。與CID相比,電子活化解離(EAD)在糖肽分析方面具有優勢,因為它能夠保存片段中的聚糖結構。依那西普是一種二聚體融合蛋白,由兩條腫瘤壞死因子受體(TNFR)-Fc鏈組成,每條鏈上有3個N-糖基化和13個O-糖基化位點,本文將詳細闡述EAD在糖肽水平上分析O-糖基化信息,采用EAD DDA或MRMHR方法來表征去乙酰化依那西普的復雜O-糖基化特征。【2-4】。
SCIEX基于糖基化深度表征方案的特點:
1.EAD 準確鑒定糖基化位點:不穩定聚糖可以保留在EAD碎裂片段中,可準確鑒定糖基化位點,并可靠區分O-糖肽的位置異構體。
2.高質量的靈敏度和MS/MS數據:ZenoTOF 7600系統的Zeno阱可將MS/MS碎片的靈敏度提高5-10倍,從而實現高質量的MS/MS靈敏度和譜圖質量。
3.快速靈活:EAD可在數據依賴采集(DDA)或高分辨定量(MRMHR)模式下運行,具有快速掃描速率(DDA模式下約20 Hz)和可調整電子動能(0-25eV)的能力。
4.強大的數據分析平臺:Biologics Explorer軟件為肽圖和PTM分析提供了強大、直觀的分析能力。
含1個O-糖的糖肽
圖1顯示了兩種胰蛋白酶酶切的O-糖肽(L1-R19和T243-K268)的EAD譜圖,它們含有一個核心聚糖結構(HexNAcHex)。兩個肽段都含有3個潛在的O-糖基化位點(2個Thr和1個Ser),但只有一個位點被HexNAcHex修飾。如圖2所示,EAD產生了質量優異的MS/MS碎片信息,具有幾乎完整的c/y/z片段序列,可以對這兩種O-糖肽的進行可靠鑒定和聚糖的準確定位。具體而言,基于c7/c9和y11/z12片段的m/z,肽段L1-R19(圖1A)中的O-糖基化位點被確定為T8,而基于檢測到非糖基化c2/y23片段和包含糖基化的c3/y24/z24片段,肽段T243-268(圖1B)中的T245被HexNAcHex修飾。
圖1. 單O-糖基化肽段L1-R19(A)和T243-K268(B)的EAD譜圖(1eV)。兩種胰蛋白酶切肽段含有多個可能的O-糖基化位點(Ser和Thr),其中一個被核心聚糖結構(HexNAcHex)修飾。優異的EAD MS/MS譜圖允許O-糖在肽段L1-R19(A)中的T8處和肽段T243-K268(B)中的T245處可靠定位。
含多個O-糖的糖肽
依那西普的胰蛋白酶酶切產生的長肽段(S202-K238),其包含11個潛在的O-糖基化位點(6個Ser和5個Thr),EAD數據證實11個位點中有7個被O-糖占據。圖2顯示了含有6或7個HexNAcHex的EAD MS/MS譜圖。多個脯氨酸殘基(總共9個)的存在阻止了對應于脯氨酸N端裂解的c/z片段的產生。通過在KE=7eV時檢測額外的a/y片段,部分克服了這一限制。通過考慮所有碎片離子(c/z/a/y),可以確定序列中6或7個HexNAcHex的位置(圖2)。
圖2. 用6(A)或7(B)HexNAcHex修飾的O-糖肽S202-K238的EAD MS/MS譜圖(7 eV)。O-糖肽S202-K308含有多達7個O-聚糖,使用EAD對含有6(A)或7(B)HexNAcHex的物種實現了O-糖的準確定位。請注意,圖2A顯示了含有6 HexHAcHex的兩種位置異構體之一的EAD MS/MS譜圖,兩種異構體的區別見圖3。
我們觀察到糖肽S202-K238的兩種位置異構體,其含有6個HexNAcHex部分。圖3顯示了特征EAD片段,即用于區分這兩種異構體的雙電荷c11、c12和c15。從兩種異構體的EAD產生的c12的m/z差異(365 Da)表明,T213(序列中的T12)在異構體1中被O-糖基化(圖3B),但在異構體2中沒有(圖3E)。兩種異構體的c15的m/z相同的事實表明,S216(序列中的S16)在異構體2中被HexNAcHex修飾(圖3F),但在異構體1中未被糖基化(圖3C)。這些結果證明了EAD在正確區分位置異構體方面的能力,這對傳統的基于碰撞的MS/MS方法(如CID)是無法完成的。
圖3. 區分含6個HexNAcHex O-糖肽S202-K238的兩種位置異構體的特征c離子。兩種異構體(異構體1和異構體2)分別基于在相同m/z下檢測c112+和c152+離子(A和D)和包含異構體1(B)和異構體3(E)的4個和3個 HexNAcHex的c122+片段來區分。c122+的m/z表明,序列中的T12在異構體1(B)中被HexNAcHex修飾,但在異構體2(E)中沒有,其中基于c152+(F)的m/z信息,S15被糖基化。
總結
1. 準確鑒定和精準定位依那西普的O糖基化信息。
2. 高質量EAD數據能夠定位含有多達7個O糖位點的O-糖肽。
3. O-糖肽的位置異構體基于EAD中產生的完整或接近完整的序列離子系列進行明確區分。
4. EAD方法可用于闡明蛋白藥物治療中的復雜糖基化譜圖信息。
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References
1. Zhang P et al. (2016) Challenges of glycosylation analysis and control: an integrated approach to producing optimal and consistent therapeutic drugs. Drug Discovery Today 21(5): 740-765.
2. A new electron activated dissociation (EAD) approach for comprehensive glycopeptide analysis of therapeutic proteins. SCIEX technical note, RUO-MKT-02-12980-A.
3. Comprehensive glycopeptide analysis of a protein-based vaccine. SCIEX technical note, RUO-MKT-02-13816-A.
4. Site-specific N-linked glycan profiling on the fusion protein aflibercept using a novel fragmentation technique. SCIEX technical note, RUO-MKT-02-14145-A.
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