Abstract Glycoproteome profiling (glycoproteomics) is a powerful yet analytically challenging research tool. The complex tandem mass spectra generated from glycopeptide mixtures require sophisticated analysis pipelines for structural determination. Diverse software aiding the process have appeared, but their relative performance remains untested. Conducted through the HUPO Human Proteome Project – Human Glycoproteomics Initiative, this community study, comprising both developers and users of glycoproteomics software, evaluates the performance of informatics solutions for system-wide glycopeptide analysis. Mass spectrometry-based glycoproteomics datasets from human serum were shared with all teams. The relative team performance for N - and O -glycopeptide data analysis was comprehensively established and validated through orthogonal performance tests. Excitingly, several high-performance glycoproteomics informatics solutions were identified. While the study illustrated that significant informatics challenges remain, as indicated by a high discordance between annotated glycopeptides, lists of high-confidence (consensus) glycopeptides were compiled from the standardised team reports. Deep analysis of the performance data revealed key performance-associated search variables and led to recommendations for improved “high coverage” and “high accuracy” glycoproteomics search strategies. This study concludes that diverse software for comprehensive glycopeptide data analysis exist, points to several high-performance search strategies, and specifies key variables that may guide future software developments and assist informatics decision-making in glycoproteomics.

Abstract Coagulation factor IX (FIX) is a highly complex post-translationally modified human serum glycoprotein and a high-value biopharmaceutical. The quality of recombinant FIX (rFIX), especially complete γ-carboxylation, is critical for rFIX clinical efficacy. Changes in bioreactor operating conditions can impact rFIX production and occupancy and structure of rFIX post-translational modifications (PTMs). We hypothesized that monitoring the bioreactor cell culture supernatant with Data Independent Acquisition Mass Spectrometry (DIA-MS) proteomics would allow us to predict product yield and quality after purification. With the goal of optimizing rFIX production, we developed a suite of MS proteomics analytical methods and used these to investigate changes in rFIX yield, γ-carboxylation, other PTMs, and host cell proteins during bioreactor culture and after purification. Our methods provided a detailed overview of the dynamics of site-specific PTM occupancy and abundance on rFIX during production, which accurately predicted the efficiency of purification and the quality of the purified product from different culture conditions. In addition, we identified new PTMs in rFIX, some of which were near the GLA domain and could impact rFIX GLA-dependent purification efficiency and protein function. The workflows presented here are applicable to other biologics and expression systems, and should aid in the optimization and quality control of upstream and downstream bioprocesses.

ABSTRACT Sparkling wine is an alcoholic beverage enjoyed around the world. The sensory properties of sparkling wine depend on a complex interplay between the chemical and biochemical components in the final product. Glycoproteins have been linked to positive and negative qualities in sparkling wine, but the glycosylation profiles of sparkling wine have not been previously investigated in detail. We analysed the glyco/proteome of sparkling wines using protein- and glycopeptide-centric approaches. We developed an automated workflow that created ion libraries to analyse Sequential Window Acquisition of all THeoretical mass spectra (SWATH) Data Independent Acquisition (DIA) mass spectrometry data based on glycopeptides identified by Byonic. We applied our workflow to three pairs of experimental sparkling wines to assess the effects of aging on lees and of different yeast strains used in the Liqueur de Tirage for secondary fermentation. We found that aging a cuvée on lees for 24 months compared to 8 months led to a dramatic decrease in overall protein abundance and an enrichment in large glycans at specific sites in some proteins. Secondary fermentation of a Riesling wine with Saccharomyces cerevisiae yeast strain Siha4 produced more yeast proteins and glycoproteins than with S. cerevisiae yeast strain DV10. The abundance and glycosylation profiles of grape glycoproteins were also different between grape varieties. This work represents the first in-depth study into protein- and peptide-specific glycosylation in sparkling wines and describes a quantitative glycoproteomic SWATH/DIA workflow that is broadly applicable to other sample types.

Tandem mass spectrometry coupled with liquid chromatography (LC-MS/MS) has proven a versatile tool for the identification and quantification of proteins and their post-translational modifications (PTMs). Protein glycosylation is a critical PTM for the stability and biological function of many proteins, but full characterization of site-specific glycosylation of proteins remains analytically challenging. Collision-induced dissociation (CID) is the most common fragmentation method used in LC-MS/MS workflows, but the loss of labile modifications renders CID inappropriate for detailed characterization of site-specific glycosylation. Electron-based dissociation methods provide alternatives that retain intact glycopeptide fragments for unambiguous site localization, but these methods often underperform CID due to increased reaction times and reduced efficiency. Electron-activated dissociation (EAD) is another strategy for glycopeptide fragmentation. Here, we use a ZenoTOF 7600 SCIEX instrument to compare the performance of various fragmentation techniques for the analysis of a complex mixture of mammalian O- and N-glycopeptides. We found CID fragmentation identified the most glycopeptides and generally produced higher quality spectra, but EAD provided improved confidence in glycosylation site localization. Supplementing EAD with CID fragmentation (EAciD) further increased the number and quality of glycopeptide identifications, while retaining localization confidence. These methods will be useful for glycoproteomics workflows for either optimal glycopeptide identification or characterization.

Abstract Tandem mass spectrometry coupled with liquid chromatography (LC-MS/MS) has proven a versatile tool for the identification and quantification of proteins and their post-translational modifications (PTMs). Protein glycosylation is a critical PTM for the stability and biological function of many proteins, but full characterisation of site-specific glycosylation of proteins remains analytically challenging. Collision induced dissociation (CID) is the most common fragmentation method used in LC-MS/MS workflows, but loss of labile modifications render CID inappropriate for detailed characterisation of site-specific glycosylation. Electron-based dissociation (ExD) methods provide alternatives that retain intact glycopeptide fragments for unambiguous site localisation, but these methods often underperform CID due to increased reaction times and reduced efficiency. Electron activated dissociation (EAD) is another strategy for glycopeptide fragmentation. Here, we use a ZenoTOF 7600 SCIEX instrument to compare the performance of various fragmentation techniques for the analysis of a complex mixture of mammalian O - and N -glycopeptides. We found CID fragmentation identified the most glycopeptides and generally produced higher quality spectra, but EAD provided improved confidence in glycosylation site localisation. Supplementing EAD with CID fragmentation (EAciD) further increased the number and quality of glycopeptide identifications, while retaining localisation confidence. These methods will be useful for glycoproteomics workflows for either optimal glycopeptide identification or characterisation.

Abstract Mass spectrometry glycoproteomics is rapidly maturing, allowing unprecedented insights into the diversity and functions of protein glycosylation. However, quantitative glycoproteomics remains challenging. We developed GlypNirO, an automated software pipeline which integrates the complementary outputs of Byonic and Proteome Discoverer to allow high-throughput automated quantitative glycoproteomic data analysis. The output of GlypNirO is clearly structured, allowing manual interrogation, and is also appropriate for input into diverse statistical workflows. We used GlypNirO to analyse a published plasma glycoproteome dataset and identified changes in site-specific N - and O -glycosylation occupancy and structure associated with hepatocellular carcinoma as putative biomarkers of disease.

Abstract Beer is one of the most popular beverages worldwide. As a product of variable agricultural ingredients and processes, beer has high molecular complexity. We used DIA/SWATH-MS to investigate the proteomic complexity and diversity of 23 commercial Australian beers. While the overall complexity of the beer proteome was modest, with contributions from barley and yeast proteins, we uncovered a very high diversity of post-translational modifications (PTMs), especially proteolysis, glycation, and glycosylation. Proteolysis was widespread throughout barley proteins, but showed clear site-specificity. Oligohexose modifications were common on lysines in barley proteins, consistent with glycation by maltooligosaccharides released from starch during malting or mashing. O -glycosylation consistent with oligomannose was abundant on secreted yeast glycoproteins. We developed and used data analysis pipelines to efficiently extract and quantify site-specific PTMs from SWATH-MS data, and showed incorporating these features into proteomic analyses extended analytical precision. We found that the key differentiator of the beer glyco/proteome was the brewery, with beer from independent breweries having a distinct profile to beer from multinational breweries. Within a given brewery, beer styles also had distinct glyco/proteomes. Targeting our analyses to beers from a single brewery, Newstead Brewing Co., allowed us to identify beer style-specific features of the glyco/proteome. Specifically, we found that proteins in darker beers tended to have low glycation and high proteolysis. Finally, we objectively quantified features of foam formation and stability, and showed that these quality properties correlated with the concentration of abundant surface-active proteins from barley and yeast.

Human Factor IX is a highly post-translationally modified protein that is an important clotting factor in the blood coagulation cascade. Functional deficiencies in Factor IX result in the bleeding disorder haemophilia B, which is treated with plasma-derived or recombinant Factor IX concentrates. Here, we investigated the post-translational modifications of human serum-derived Factor IX and report previously undescribed O -linked monosaccharide compositions at serine 141 and a novel site of glycosylation. At serine 141 we observed two monosaccharide compositions, with HexNAc1Hex1NeuAc2 dominant and a low level of HexNAc1Hex1NeuAc1. This O -linked site lies N-terminal to the first cleavage site for the activation peptide, an important region of the protein that is removed to activate Factor IX. The novel site is an N -linked site in the serine protease domain with low occupancy in a non-canonical consensus motif at asparagine 258, observed with a HexNAc4Hex5NeuAc2 monosaccharide composition attached. This is the first reported instance of a site of modification in the serine protease domain. The description of these glycosylation events provides a basis for future functional studies and contributes to structural characterisation of native Factor IX for the production of effective therapeutic biosimilars and biobetters.* AP : activation peptide CID : collision-induced dissociation EGF : epidermal growth factor-like ER : endoplasmic reticulum ETD : electron-transfer dissociation Fuc : fucose Gal : galactose Gla : γ-glutamic acid Glc : glucose GlcNAc : N-acetylglucosamine HCD : higher-energy C-trap dissociation or beam-type collision-induced dissociation Hex : hexose HexNAc : N-acetyl-hexosamine Hya : β-hydroxyaspartate NeuAc : N-acetylneuraminic acid Pent : pentose Phos : phosphorylation PNGase F : Peptide-N-Glycosidase F PP : propeptide PTMs : post-translantional modifications PSMs : peptide-to-spectrum matches SP : signal peptide Sulf : sulfation Xyl : xylose

Polysialylation is the enzymatic addition of a highly negatively charged sialic acid polymer to the non-reducing termini of glycans. Polysialylation plays an important role in development, and is involved in neurological diseases, neural tissue regeneration, and cancer. Polysialic acid (PSA) is also a biodegradable and non-immunogenic conjugate to therapeutic drugs to improve their pharmacokinetics. PSA chains vary in length, composition, and linkages, while the specific sites of polysialylation are important determinants of protein function. However, PSA is difficult to analyse by mass spectrometry (MS) due to its high negative charge and size. Most analytical approaches for analysis of PSA measure its degree of polymerization and monosaccharide composition, but do not address the key questions of site specificity and occupancy. Here, we developed a high-throughput LC-ESI-MS/MS glycoproteomics method to measure site-specific polysialylation of glycoproteins. This method measures site-specific PSA modification by using mild acid hydrolysis to eliminate PSA and sialic acids while leaving the glycan backbone intact, together with protease digestion followed by LC-ESI-MS/MS glycopeptide detection. PSA-modified glycopeptides are not detectable by LC-ESI-MS/MS, but become detectable after desialylation, allowing measurement of site-specific PSA occupancy. This method is an efficient analytical workflow for the study of glycoprotein polysialylation in biological and therapeutic settings.![Figure][1] Graphical Abstract [1]: pending:yes

Abstract The emergence of SARS-CoV-2 variants alters the efficacy of existing immunity towards the viral spike protein, whether acquired from infection or vaccination. Mutations that impact N -glycosylation of spike may be particularly important in influencing antigenicity, but their consequences are difficult to predict. Here, we compare the glycosylation profiles and antigenicity of recombinant viral spike of ancestral Wu-1 and the Gamma strain, which has two additional N -glycosylation sites due to amino acid substitutions in the N-terminal domain (NTD). We found that a mutation at residue 20 from threonine to asparagine within the NTD caused the loss of NTD-specific antibody binding. Glycan site-occupancy analyses revealed that the mutation resulted in N -glycosylation switching to the new sequon at N20 from the native N17 site. Site-specific glycosylation profiles demonstrated distinct glycoform differences between Wu-1, Gamma, and selected NTD variant spike proteins, but these did not affect antibody binding. Finally, we evaluated the specificity of spike proteins against convalescent COVID-19 sera and found reduced cross-reactivity against some mutants, but not Gamma spike compared to Wuhan spike. Our results illustrate the impact of viral divergence on spike glycosylation and SARS-CoV-2 antibody binding profiles.