Proteomics에서 자주 사용되는 43 Major PTM Reference Table

43 Major PTM Reference Table

단백질은 번역 후 다양한 화학적 변형을 겪습니다. 이러한 변형을 PTM (Post-Translational Modification) 이라고 합니다.

PTM은 다음과 같은 생물학적 기능에 중요한 역할을 합니다.

단백질 활성 조절
단백질 안정성
세포 신호 전달
단백질 위치 이동

LC-MS/MS 기반 proteomics 분석에서는 이러한 PTM이 펩타이드 질량과 fragment ion 패턴에 직접적인 영향을 미치기 때문에, 정확한 mass shift 정보를 이해하는 것이 매우 중요합니다.

아래 표는 proteomics 데이터 분석에서 가장 자주 사용되는 대표적인 PTM 목록과 질량 변화 값입니다.

43 Major PTM Reference Table (Proteomics)

ID	Description	Monoisotopic mass diff (Da)	Average mass diff (Da)	Formula	Target Amino Acids
Acetylation	Acetyl group on Lysine	42.010565	42.0367	C2H2O	K
ADP-ribosylation	ADP-ribose group	541.061108	541.3323	C15H21N5O13P2	R,C,N
Amidation	C-terminal amidation	-0.984016	-0.9848	H-1N1O-1	C-term
Aspartyl hydroxylation	Hydroxyl group on Asp	15.994915	15.9994	O	D
Biotinylation	Biotin group on Lysine	226.077594	226.2952	C10H14N2O2S	K
Pyro-Glu formation	Blocked amino end (Gln)	-17.026549	-17.0305	H-3N-1	Q(N-term)
C-mannosylation	C-linked mannose	162.052824	162.1406	C6H10O5	W
Carbamidomethylation	Carbamidomethyl on Cys	57.021464	57.0513	C2H3NO	C
Carboxylation	Carboxyl group addition	43.989829	44.0095	CO2	E,D
Citrullination	Arg → Citrulline	0.984016	0.9848	H-1N1O-1	R
Crotonylation	Crotonyl group	68.026215	68.0735	C4H4O	K
Deamidation	Deamidated residue	0.984016	0.9848	H-1N1O-1	N,Q
Diphthamide	Diphthamide modification	450.296431	450.6053	C23H40N6O4	H
Disulfide bond	Cys–Cys bond	-2.01565	-2.0158	H-2	C-C
FAD	FAD covalent attachment	783.141477	783.5422	C27H31N9O15P2	H,C,Y
Farnesylation	Farnesyl group	204.187801	204.3548	C15H24	C
Formylation	Formyl group	27.994915	28.0101	CO	K,N-term
Geranylgeranylation	Geranylgeranyl group	272.250401	272.4724	C20H32	C
Glutarylation	Glutaryl modification	114.031694	114.1026	C5H6O3	K
GPI anchor	Glycosyl-phosphatidylinositol anchor	-	-	Complex	D,S,N,A,C,G
Hydroxylation	Hydroxyl addition	15.994915	15.9994	O	P,K,D,N
Hypusine	Hypusine from Lys	71.079234	71.1213	C4H9N	K
Lipoylation	Lipoyl group	188.032958	188.3542	C8H12OS2	K
Malonylation	Malonyl group	86.000394	86.0604	C3H2O3	K
Methylation	Methyl addition	14.01565	14.0266	CH2	K,R,E,D,H,N,Q
Dimethylation	Two methyl groups	28.0313	28.0532	C2H4	K,R
Trimethylation	Three methyl groups	42.04695	42.0798	C3H6	K
Myristoylation	Myristoyl group	210.198356	210.3584	C14H26O	G
GlcNAc	N-acetylglucosamine	203.079373	203.1928	C8H13NO5	S,T,N
N-glycan	N-linked glycan core	1445.513476	1446.2994	C54H89N7O35	N
Nitration	Nitro group on Tyr	44.985078	45.0129	H-1N1O2	Y
O-glycan	O-linked glycan	365.132197	365.3334	C14H23NO9	S,T
Palmitoylation	Palmitoyl group	238.229656	238.4116	C16H30O	C
Pantetheine	4'-phosphopantetheine	339.091242	339.3172	C11H21N2O6PS	S
Phenylalanine hydroxylation	Hydroxylation on Phe	15.994915	15.9994	O	F
Phosphorylation	Phosphate group	79.966331	79.9799	H1O3P1	S,T,Y,H,D,C
Propionylation	Propionyl group	56.026215	56.0633	C3H4O	K
S-nitrosylation	Nitrosyl group	28.990163	29.0062	NO	C
Succinylation	Succinyl group	100.016044	100.0768	C4H4O3	K
Sulfation	Sulfate group	79.956815	79.9972	O3S1	Y
Sumoylation	SUMO protein modification	-	-	Protein	K
Ubiquitination	Ubiquitin GG tag	114.042927	114.1026	C4H6N2O2	K

Mass differences are monoisotopic values commonly used in LC-MS/MS peptide identification.
Table generated using Willy's LCMS PTM database.

PTM 유형

Proteomics 분석에서 PTM은 일반적으로 다음과 같은 유형으로 분류됩니다.

PTM Type	설명
Residue PTM	특정 아미노산 residue에 발생
Terminal PTM	N-terminus 또는 C-terminus
Macro PTM	큰 분자 구조 변형

예를 들어


Carbamidomethylation → Cysteine residue
Acetylation → Lysine / N-terminal
Amidation → C-terminal

PTM이 MS/MS 데이터에 미치는 영향

PTM이 존재하는 경우 다음과 같은 변화가 발생합니다.

1. Precursor mass 변화

예를 들어


Methionine oxidation
+15.994915 Da

precursor m/z 값이 증가합니다.

2. Fragment ion mass 변화

PTM이 포함된 residue 이후의 fragment ion에서는 mass shift가 반영됩니다.

예를 들어


PEPM(oxidation)IDE

이 경우


b4 이후 fragment

에서 질량이 증가합니다.

아래 차트는 실츨 데이터에서 PTM shift 의 예 입니다.

y7(+16.00), y8(-17.03), y8(+0.98) (Intencity 는 Log Scale 입니다, 옅은 적,청색은 뉴트럴로스 마커, 적색은 b 이온, 청색은 y 이온, 주황색 은 PTM ms Shift 입니다)

(Willys LCMS 로 생성한 마커와 실측 데이터 매칭 입니다)

3. Database search complexity 증가

PTM을 많이 허용할수록

검색 공간 증가
false positive 증가
search time 증가

가 발생합니다.

따라서 일반적인 proteomics 분석에서는


Fixed modification
Variable modification

을 구분하여 설정합니다.

예를 들어


Fixed PTM
Carbamidomethyl (C)

Variable PTM
Oxidation (M)
Phosphorylation (STY)

Proteomics 분석에서 PTM의 중요성

PTM 분석은 다음 연구 분야에서 매우 중요합니다.

Cell signaling
Cancer proteomics
Epigenetics
Protein regulation

특히 phosphorylation proteomics는 단백질 신호 전달 연구에서 핵심적인 분석 방법입니다.

LC-MS/MS 기반 proteomics 분석에서 PTM은

precursor 질량
fragment ion 패턴
database search 결과

에 직접적인 영향을 미칩니다.

PTM의 질량 변화(mass shift)를 감안하는 것은 MS/MS 데이터 해석에서 필수 입니다.