许多蛋白质上都会结合有分支结构的糖链，调节着蛋白质的稳定性、细胞间的识别以及受体的功能等。即便是同一蛋白质的同一位点也会结合多种糖链，但此前一直没有统一标尺来测定这种多样性会随着疾病以及环境发生多大程度的变化。
名古屋大学糖链生命核心研究所（iGCORE）的张秉元特任助教、桧森弘一助教、松井佑介副教授等人开发出可从质谱数据对糖链结构多样性开展定量、对比分析的工具 GlycoTraitR。该工具有望成为非糖链专业的研究者和企业整理复杂结果、探索药物研发靶点和生物标志物候选分子的基础平台。相关成果已发表在《Bioinformatics Advances》的网络版上。
图1 GlycoTraitR分析流程：对糖蛋白质组数据进行归一化、定义糖链特征，并检验糖链结构异质性的组间差异。（供图：名古屋大学 糖链生命核心研究所）
近年来，随着质谱分析和检索软件的发展，已经能够大规模鉴定糖链的结合位点和结构。但数据的增加也带来了新的问题：糖链与肽段的组合极为庞大，若以各个分子种类单独处理，特征数量会急剧增加；此外，不同测定中部分糖链可能无法被检测到，导致数据中缺失值较多；同时，结构相似的糖链往往具有共同的部分结构或组成，若将各糖链独立处理，相关的变化会被分散到多个项目中，使整体全貌难以把握。
GlycoTraitR可读取质谱数据分析软件（pGlyco3、Glyco-Decipher）的检索结果，将每条糖链分解为多个特征，例如：整体大小、单糖数量、分支数量、是否为复合型、核心区是否含有岩藻糖等。然后，将各部位、各蛋白质内部的数据转换为相对含量，以校正测定量的差异，并将特征的异质程度定义为按存在量加权后的方差。此外，通过反复置换病例组与对照组等标签的置换检验，无需假定特定分布，即可评估组间差异。用户也可自行添加其关注的糖链基序。
研究团队对检测了认知功能正常者、存在病理改变但无临床症状者以及伴有临床症状的阿尔茨海默病患者死后额叶皮质组织的公开数据集（ProteomeXchange：PXD032219）进行了再分析。研究人员将GlycoTraitR应用于两种检索软件得到的结果，分别从蛋白质水平和糖链修饰位点水平上同时考察了平均特征和结构异质程度。
结果显示，神经细胞黏附分子NCAM2出现高甘露糖型糖链减少、复合型糖链增加的现象，提示糖链朝着成熟方向发生改变。此外，不仅糖链大小的平均值发生了变化，其异质程度也趋于减小，并且在特定修饰位点上观察到了分支结构的变化。这一结果表明，采用异质性这一分析维度可以弥补仅依靠平均含量分析时容易遗漏的信息。
借助GlycoTraitR，能够将复杂的糖链数据归纳为可解释的特征，并在疾病状态或药物处理等不同组间进行比较。此外，它还能辅助对候选分子进行优先级排序，为生物标志物和药物靶点探索提供支持。同时，通过公开分析流程和软件，可提高研究的再现性和可比性，并降低进入糖链研究领域的门槛。
研究团队表示，今后将进一步使该工具支持标准化的糖链结构输出、基于强度的定量、以及缺失值较少的数据非依赖性采集（DIA）测定模式，以扩展到跨研究、跨疾病的比较研究。同时，研究团队还计划整合功能注释和生物合成知识，以更易于解读的方式呈现那些有助于阐明疾病机制和推动药物研发的候选分子。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Bioinformatics Advances
论文：GlycoTraitR: an R package for characterizing structural heterogeneity in N-linked glycoproteomics data
DOI：10.1093/bioadv/vbag244
