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Nat Commun | 蛋白组学+糖基化组学解析高级别浆液性卵巢癌分子分型

高级别浆液性卵巢癌(HGSC)是最常见、侵略性极强的卵巢癌。HGSC的复杂性因肿瘤异质性而增加,可分为肿瘤间异质性和肿瘤内异质性。肿瘤内异质性在转移、治疗、复发和治疗耐药中起着至关重要的作用,而肿瘤间异质性以及手术过程和基因组不稳定性可能会导致HGSC生存率发生变化。翻译后修饰增加细胞蛋白质组的复杂性,其中糖基化在癌变过程中起主要作用,包括细胞-基质相互作用、细胞信号传导和交流、肿瘤血管生成、免疫调节和肿瘤转移。异常的聚糖修饰是细胞特异性的、蛋白质特异性的和位点特异性的,因此,糖基化可增加肿瘤异质性。

2020年12月,来自美国约翰·霍普金斯大学医学院的研究团队在Nature Communications(IF 12.121)杂志上发表题目为《Glycoproteomics-based signatures for tumor subtyping and clinical outcome prediction of high-grade serous ovarian cancer》的研究成果,研究人员对119例TCGA HGSC组织进行了基于质谱的糖基化蛋白表征,将肿瘤分成3个亚型和5组完整的糖肽。这项研究揭示了糖基化在卵巢癌异质性中的潜在作用,并为基于糖基化蛋白表达模式的患者分型提供了依据。

研究材料

119例TCGA HGSC组织样本

技术方法

iTRAQ蛋白组学和iTRAQ标记N-糖基化蛋白组学

注:糖基化修饰采用2种富集方法:固相萃取富集含糖基化位点的肽段(SPEG)用于糖基化位点分析、Retain AX(RAX)小柱富集完整的糖肽用于糖基化位点特异性聚糖(IGP)分析。蛋白组学的分析用于标准化含糖基化肽段和完整糖肽的相对丰度。

实验路线图

工作流程示意图(a)基于MS的蛋白组学和糖基化蛋白组学流程;(b)数据分析工作流程。

研究结果

1、糖肽的鉴定和定量

在SPEG和IGP实验中,总共鉴定出5115个N-连接的SPEG和15512个N-连接的IGP,共有455个SPEG和351个IGP在所有肿瘤样品都获得了定量信息。在这些肽中,5115个SPEG糖肽中的4957个(96.9%)和15513个完整糖肽中的14264个(92.0%)具有糖NxS/T基序。

2、基于糖基化蛋白组学的HGSC分子分型

为了研究肿瘤的异质性,利用SPEG和IGP的检测数据对119例HGSC样品进行聚类。无监督聚类分析发现,HGSC肿瘤可分成3个亚型以及5个糖肽组别(IGP 1-5组)。作者进一步整合先前由TCGA和CPTAC注释的基于转录组和蛋白质组学的HGSC亚型,评估不同的组学数据类型之间的富集得分,分析不同层面分型的关系。

基于糖基化蛋白组学的HGSC聚类分析

不同的肿瘤亚型呈现出不同的糖肽组合偏好性,亚型1/2/3中分别高表达IGP 3/4/1组糖肽(IGP 1组主要含有岩藻糖聚糖,IGP 3组中包含岩藻糖和唾液酸残基聚糖,IGP 4组主要由高甘露糖聚糖组成),这些糖肽主要匹配到一些细胞外基质、溶酶体和补体途径蛋白。

肿瘤亚型中完整糖肽和聚糖的特异性

3、完整糖肽特色与临床生存的相关性

为了研究糖蛋白组与临床结局是否相关,对三个亚型的患者进行了生存分析。亚型3呈现出最差的5年生存系数,而亚型2拥有最长的生存年限。然后作者又从IGP 1/3/4组别中挑选出一些高质量适合生存分析的样本,结果显示IGP 1组具有更好的临床预测能力,IGP 1组得分高预示着患者生存预后差。综上表明,携带非唾液酸岩藻糖基化聚糖的糖蛋白与HGSC肿瘤相关,生存结果较差,这类患者主要包含在间质HGSC亚型(蛋白质组和转录组分型结果)。这也再次印证了完整糖肽信息对于临床预后的重要性。

完整糖肽特色与临床生存的相关性

4、糖肽与mRNA和蛋白的相关性

为进一步探索多组学信息之间的关联性,将基因与mRNA、蛋白和糖肽水平进行了相关性分析。在所有鉴定到的糖基化蛋白中,其mRNA与蛋白水平关联系数约为0.428。当进一步区分不同类型糖肽时,发现唾液酸IGP与糖蛋白关联性最高,达到0.648。而高甘露糖IGP和岩藻糖IGP分别得到0.572和0.618的关联系数。整体而言,IGP 1组中的蛋白质与完整糖肽的关联性最强。

mRNA、蛋白质和完整糖肽之间的相关性分析

研究结果

该研究对HGSC样本进行了N-糖蛋白组的全面分析,进一步与基因组、转录组和蛋白质组学特征的现有数据集整合,揭示了探索糖基化修饰所获得的独特见解。糖基化蛋白组学研究发现,缀合在糖基化位点上的聚糖与肿瘤亚型相关,而完整的糖肽信息(糖基化位点和位点特异性糖基化的组合),提供了超越蛋白质和转录本层面的生存预测指标,。该研究为卵巢癌和糖生物学领域提供了综合性资源,有助于利用糖型信息对疾病进行临床诊疗。

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