与细胞重编程相关的蛋白质组O型乙酰葡萄糖胺化修饰

O型乙酰葡萄糖胺化（O-GlcNAc）是一种对胞内蛋白质的特殊糖基化修饰。类似于磷酸化，动态、可逆的O-GlcNAc修饰能够影响底物蛋白质的定位、功能和稳定性，对多种生物过程产生重要影响。然而由于技术局限，对蛋白质组中这种糖基化修饰的鉴定和表征，其深度和广度远远不及磷酸化蛋白质组学的发展程度。本项目旨在发展新的技术流程以提高质谱分析这种糖基化修饰的准确性和覆盖率，并发展高通量的方法同时分析在不同条件下蛋白质的修饰水平与基因表达水平的定量差异，这将为研究与该修饰相关的生物过程的调控机制提供关键的工具。.本项目将应用新的技术流程来研究体细胞诱导为多能型干细胞的过程中O-GlcNAc修饰的变化，发现与体细胞重编程特异相关的蛋白质修饰位点- - 这将为探索该过程中基因转录与信号传导的调节机制提供独特的视角，有助于发现新的调节因子或通路，从而推动干细胞的基础研究和拓展其医学应用。

为了研究糖基化蛋白质在细胞重编程过程中的特异性的表达和分布的变化，以及它们对干细胞分化潜能和细胞命运的影响，我们在具体研究中首先从多潜能干细胞中分离出膜组分，而后鉴定其中含量有特异性变化的蛋白质，选取带有O-GlcNAc糖基化修饰的蛋白质进行功能性试验，深入了解该蛋白质对干细胞分化或者体细胞重编程的可能调控作用。蛋白质组分析表明，从iPSC, ESC 和 TTF三种细胞的膜组分中鉴定到683、867和757种独特的蛋白质，这是国际上首次研究与细胞分化和重编程相关的差异性膜蛋白质组。通过比较这三种细胞系的膜蛋白质组，我们能够了解胚胎干细胞分化（ESC->TTF）与体细胞重编程 (TTF->iPSC)过程中蛋白质组成的特异性变化。最终鉴定107种与细胞重编程相关的膜蛋白质，其中83种与多潜能干细胞的多能性亦相关。这些差异性蛋白质直接参与或调节细胞的多种生理过程，包括细胞粘附、膜转运和融合、细胞信号转导、 转录调控、氧化还原等等。而后针对带有糖基化修饰、并且参与糖分子摄取和利用的蛋白质glucose transporter 3 进行功能实验。该实验表明，此糖基化的膜转运蛋白对胚胎干细胞的体外分化性能有重要影响，我们猜测对它的遗传改造有可能加快体细胞重编程为多潜能干细胞的进程，从而促进诱导多潜能干细胞在临床医疗上的应用。..在本课题进行过程中，我们还发展了若干种蛋白质修饰组学实验技术和数据分析用的软件工具，用于分离、鉴定和定量细胞中带有O-GlcNAc修饰或磷酸化修饰的蛋白质组，为蛋白质翻译后修饰的系统解析和功能研究提供了新技术手段。合作发表的关于诱导多潜能干细胞膜蛋白质组学的研究在国内是首次发表于该领域国际专业期刊上的论文，为寻找iPS干细胞的分子标志物指明了新的研究方向。..该项目支持下在Cell Research, Journal of Proteome Research等期刊上共发表SCI论文12篇，申请专利2项，培养研究生4人。