文章

多发性骨髓瘤患者样本中抗体轻链的从头测序方法

2025-12-08     来源:本站     点击次数:359

多发性骨髓瘤(MM)是一种以异常B细胞克隆扩增为特征的浆细胞恶性肿瘤[1,2]。B细胞在骨髓中积累,除了完整免疫球蛋白外,还分泌大量单克隆轻链(LCs),并且15%的MM患者只产生LCs。25 kDa LCs蛋白通常由肾脏排泄或降解,但随着单克隆数量异常曾高和肾脏清除率降低,可诱导多种LC聚集体沉积在肾脏的细胞外基质中,从而导致各种疾病。目前,无法预测LCs患者血液中发现的特定单克隆LCs的体内聚集行为。为了更好地了解影响LCs溶解度及其聚集倾向的因素,也有一些研究其生物物理性质的探索,但是仍没有得出明确的结论。为了实现这一目标,创建一个包含LCs生物物理特性及其序列的数据库必不可少。

本期推送我们给大家介绍一篇法国巴斯德研究所生物部质谱团队发表在Analytical Chemistry上的文章De Novo Sequencing of Antibody Light Chain Proteoforms from Patients with Multiple Myeloma。作者结合自下而上和自上而下的蛋白质组学方法,建立了一种新的从头测序工作流程用于患者体内LCs的鉴定,无需数据库搜索。PEAKS Studio用于多肽的从头测序解析,然后基于ALPS平台(详见特别提示)进一步将这些肽段组装成全长LCs序列。自上而下的蛋白质组学提供了蛋白质形态的完整分子质量,并可以精确测定所有发生翻译后修饰的氨基酸。然后,将该工作流用于从10例多发性骨髓瘤患者的尿液中提取的LCs的完全从头测序。

作者首先对P15样本的LCs进行了完整分子量的测定,还原烷基化前后,检测到的实际分子量分别为 23576.60 Da 和 23746.74 Da。然后,使用四种不同的酶(trypsin,Lys-C, pepsin, and Nepenthes digestive fluid)分别进行酶切,优化了LC - MS/MS方法,生成的数据用PEAKS进行分析,得到从头测序的肽段,然后用ALPS[3]将这些肽段进行组装。最终得到两条组装的序列,其中一条序列的理论分子量为23746.60 Da,与先前测定的结果一致,因此被选定为候选序列。
图1 完整分子量测定(A:15K,B-C:120 K)
接下来,作者又结合多种碎裂方式(CID、HCD、EThcd、UVPD),进行了自上而下(TPD)的LCs蛋白表征,达到89%的氨基酸碎片覆盖率(图2)。为了确认没有覆盖到的区域,用Trypsin酶切的数据对Uniprot human蛋白数据库+上述组装出来的候选LC序列进行搜库分析,结果显示P15样本能达到100%序列覆盖(图3)。另外,为了确认二硫键和半胱氨酸化的分布,对P15样本进行了非还原的酶切实验,结果发现二硫键主要发生在C23-C88和C134-C194之间,半胱氨酸化主要发生在C端。最后,为了区分I和L,又对包含I和L的多肽进行了EThcd和HCD分析,最终在P15中正确归属20/24个I/L的位点,其余4个通过序列同源性完成归属。
图2 Top-down分析
图3 P15-Trypsin搜库匹配
最后,作者将上述实验方案应用到其他临床样本中,根据结果序列的同源性与共同特征,可分为四组进行讨论。P6、P7、P18和P20这些样品与P15基本一致,并且可以以相同的方式通过从头测序组装出来(表1)。这些样品含有单个κ LC,其以单体和二聚体形式存在。P8和P19序列同源性为88.4%,每个样本均含有两种变体。P8的第一种蛋白质构型(P8A)在C端发生了半胱氨酸化,第二种蛋白质构型(P8B)可能被辅酶M(C2H6O3S2)修饰,这是一种常被用作化疗辅助剂的小分子。P19的两种蛋白质形式均在C端发生半胱氨酸化,其中P19B的S160处存在一个低聚糖HexNAc(1)dHex(1)修饰。P5包含两种不同的κ蛋白形式,它们具有不同的氨基酸序列,C端具有5个半胱氨酸、2个二硫键和一个半胱氨酸化的共同模式,但在LC的可变部分存在13个残基的差异。P1和P13均只含有单一的λ LC蛋白形式。
表1 所有临床样本的LCs测序结果
总结
该工作流程基于bottom uptop down方法的结合,以及使用适当的商业软件工具,首次在序列、PTMs和单体或二聚体形式的存在方面表征LCs的高可变性,能够识别出与特定患者的特定治疗方法相关的意外修饰,同一患者出现不同的LC序列表明存在多个浆细胞克隆或指向不可预测的成熟过程。该研究的总体目标是确定影响这些LC聚集倾向并导致疾病的主要因素,以了解聚合过程并能够在将来防止聚集的发生。

文献原文链接
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.1c01955?fig=fig3&ref=pdf

特别提示
文中提到的ALPS是由PEAKS软件母公司Bioinformatics Solutions Inc.于2016年发表的首个全自动蛋白序列组装平台,现已成为成熟的商业化软件—PEAKS AB,专门用于未知抗体与蛋白药物的整体序列组装、糖基化位点鉴定与完整分子量解卷积分析,如需对PEAKS系列软件进一步了解,请提交您的信息,我们将在2个工作日内与您联系。

参考文献
[1] Bakkus, M. H.; Heirman, C.; Van Riet, I.; Van Camp, B.;Thielemans, K. Blood 1992, 80, 2326−2335.
[2] Chapman, M. A.; Lawrence, M. S.; Ahmann, G.J.; Adli, M.; Golub, T. R., et al. Nature 2011,471, 467−472.
[3] Tran, N. H.; Rahman, M. Z.; He, L.; Xin, L.; Shan, B.; Li, M. Sci.Rep. 2016, 6, 31730.
作为生物信息学的领军企业,BSI专注于蛋白质组学和生物药领域,通过机器学习和先进算法提供世界领先的质谱数据分析软件和蛋白质组学服务解决方案,以推进生物学研究和药物发现。我们通过基于AI的计算方案,为您提供对蛋白质组学、基因组学和医学的卓越洞见。旗下著名的PEAKS®️系列软件在全世界拥有数千家学术和工业用户,包括:PEAKS®️ Studio,PEAKS®️ Online,PEAKS®️ GlycanFinder, PEAKS®️ AB,ProteoformXTM,DeepImmu®️ 免疫肽组发现服务和抗体综合表征服务等。联系方式:021-60919891;sales-china@bioinfor.com
 
相关文章 更多 >