用于衰老秀丽隐杆线虫磷酸化蛋白质组与糖蛋白组同步分析的双功能钛基磁性纳米材料

《Journal of Analysis and Testing》：Bifunctional Titanium-Based Magnetic Nanomaterials for Simultaneous Phosphoproteome and Glycoproteome Profiling in Aging Caenorhabditis Elegans

　　

摘要

秀丽隐杆线虫（C. elegans）是衰老研究中极具价值的模式生物，蛋白质组重塑在其中是寿命调控的核心。蛋白质磷酸化和N-糖基化是最为典型且研究最为广泛的两种翻译后修饰（PTMs），它们与衰老密切相关的复杂生物学过程密不可分。然而，在复杂生物样品中对磷酸化蛋白质组和糖蛋白组进行全面且同步的表征仍是一项重大技术挑战。在此，我们开发了一种双功能磁性纳米材料，通过在磁性核上依次修饰第五代聚酰胺胺树状大分子（G5 PAMAM）、植酸（PA）和Ti⁴⁺离子制备而成（记为Fe₃O₄@PAMAM@PA-Ti⁴⁺），实现了对磷酸化肽段和糖肽的一步富集。该纳米材料在磷酸化肽段和糖肽富集方面表现出优异的性能，包括出色的选择性和高灵敏度。将该双功能材料应用于C. elegans衰老模型，使我们能够在三个发育时间点（第1天、第4天和第10天）同步鉴定出4,241个磷酸化肽段（来自1,775个磷酸化蛋白）和495个N-糖肽（来自349个糖蛋白）。定量分析揭示，部分磷酸化蛋白参与了与年龄相关的信号通路，如雷帕霉素靶蛋白（mTOR）、胰岛素/胰岛素样生长因子1（IGF-1）以及DAF-16/FOXO通路。相比之下，随年龄变化的糖蛋白组主要与糖酵解通路和肌节稳定性相关。值得注意的是，无偏聚类分析表明，双相蛋白簇与衰老过程的相关性比单调递增或单调递减组更强。此外，卵黄蛋白原（VIT）家族中同时具有双重修饰的成员被鉴定为与衰老密切相关的关键蛋白。本研究为双重PTM分析开辟了新途径，并对C. elegans衰老过程中的磷酸化蛋白质组和糖蛋白组进行了全面表征。