Recent developments in MS-based glycomics and glycoproteomics have rapidly advanced the field and pushed the boundaries of glyco-analysis into new territories. This review will lay out current workflows and strategies for characterization of the glycoproteome, including (in order of increasing complexity and information content) preliminary site mapping, compositional glycan profiling, isomer-specific glycan profiling, glycosite-specific glycopeptide profiling, and finally, glycoproteomic profiling.
The glycome consists of all glycans (or carbohydrates) within a biological system, and modulates a wide range of important biological activities, from protein folding to cellular communications. The mining of the glycome for disease markers represents a new paradigm for biomarker discovery; however, this effort is severely complicated by the vast complexity and structural diversity of glycans. This review summarizes recent developments in analytical technology and methodology as applied to the fields of glycomics and glycoproteomics. Mass spectrometric strategies for glycan compositional profiling are described, as are potential refinements which allow structure-specific profiling. Analytical methods that can discern protein glycosylation at a specific site of modification are also discussed in detail. Biomarker discovery applications are shown at each level of analysis, highlighting the key role that glycoscience can play in helping scientists understand disease biology.
Targeted glycoproteomics is an effective way to discover disease-associated glycoproteins in proteomics and serial affinity chromatography (SAC) using lectin and glycan-targeting antibodies shows glycan diversity on the captured glycoproteins. This study suggests a way to determine glycan heterogeneity and structural analysis on the post-translationally modified proteins through serial affinity column set (SACS) using four Lycopersicon esculentum lectin (LEL) columns. The great advantage of this method is that it differentiates between glycoproteins on the basis of their binding affinity. Through this study, some proteins were identified to have glycoforms with different affinity on a single glycoprotein. It will be particularly useful in determining biomarkers in which the disease-specific feature is a unique glycan, or a group of glycans.
Protein glycosylation, a highly significant and ubiquitous post-translational modification (PTM) in eukaryotic cells, has attracted considerable research interest due to its pivotal role in a wide array of essential biological processes. Conducting a comprehensive analysis of glycoproteins is imperative for understanding glycoprotein bio-functions and identifying glycosylated biomarkers. However, the complexity and heterogeneity of glycan structures, coupled with the low abundance and poor ionization efficiencies of glycopeptides have all contributed to making the analysis and subsequent identification of glycans and glycopeptides much more challenging than any other biopolymers. Nevertheless, the significant advancements in enrichment techniques, chromatographic separation, and mass spectrometric methodologies represent promising avenues for mitigating these challenges. Numerous substrates and multifunctional materials are being designed for glycopeptide enrichment, proving valuable in glycomics and glycoproteomics. Mass spectrometry (MS) is pivotal for probing protein glycosylation, offering sensitivity and structural insight into glycopeptides and glycans. Additionally, enhanced MS-based glycopeptide characterization employs various separation techniques like liquid chromatography, capillary electrophoresis, and ion mobility. In this review, we highlight recent advances in enrichment methods and MS-based separation techniques for analyzing different types of protein glycosylation. This review also discusses various approaches employed for glycan release that facilitate the investigation of the glycosylation sites of the identified glycoproteins. Furthermore, numerous bioinformatics tools aiding in accurately characterizing glycan and glycopeptides are covered.
Proteoform diversity is greatly increased by glycosylation, the primary post-translational modification of proteins. Glycans, also known as oligosaccharides, are molecules that are essential to almost all living things. They can affect protein folding and functionality, modulate cell-cell interactions, and support the proliferation of numerous diseases when they are found on cell surfaces or bound to proteins. A thorough understanding of their fundamental structure is necessary to gain insight into their characteristics and functions. But a major obstacle is the structural intricacy of glycans by design. The stereochemistry and regiochemistry of carbohydrates vary and are frequently branched. Because of its superior sensitivity and the abundance of fragmentation information it can provide, mass spectrometry is now the method of choice for glycan and glycopeptide analysis. Differentiating between the structures of isomeric and isobaric glycopeptides, however, presents a difficulty for MS-based characterization. Ion mobility plus mass spectrometry (IM-MS) has become a very promising new method for glycan research in recent years. Recent developments in the growing discipline of glycosylation analysis utilizing IM-MS are outlined in this review, with a focus on the MS methodology and its ability to resolve isomeric glycans.
Hahn, Won-Ho;Bae, Seong-Phil;Lee, Hookeun;Park, Jong-Moon;Park, Suyeon;Lee, Joohyun;Kang, Nam Mi
Analytical Science and Technology
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v.33
no.4
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pp.177-185
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2020
Human milk (HM) glycoproteins play important roles protecting infants against various pathogens. Recently, freezing HM is reported to affect some glycoproteins and freeze-drying is suggested as an alternative method. However, the effects of freeze-drying on HM glycoproteins were not evaluated yet. Six fresh HM samples were collected from three healthy mothers at 15 and 60th days of lactation from each mother. Each sample was divided into frozen and freeze-dried subgroups yielding totally 12 samples, and the glycoproteomic analysis was performed by liquid chromatography mass spectrometry. The results were compared between samples of 15 and 60th days of lactation, and before and after the freeze-drying. Totally, 203 glycoproteins were detected. The glycoprotein levels were not different between two groups of 15/60th day of lactation and before/after freeze-drying groups (P > 0.050). In addition, significant correlation of glycoprotein levels was found between the different lactation stages (r = 0.897, P < 0.001) and the status of freeze-drying (r = 0.887, P < 0.001) in a partial correlation analysis. As no significant change of HM glycoproteins was not found after the freeze-drying, we hope that introducing freeze-drying to HM banks is supported by the present study. This work was supported by the National Research Foundation (NRF) of Korea grant funded by the Korea government (MSIP) (No.2017R1D1A1B03034270; No.2020R1A2C1005082).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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