הירארכי וניתן לתיכנות Oligosaccharide סינתזה של סיר אחד
Summary
פרוטוקול זה מדגים כיצד להשתמש בתוכנת Auto-CHO לסינתזה הירארכית וניתנת לתיכנות של oligosaccharides. כמו כן, הוא מתאר את הנוהל הכללי לניסויים בקביעת RRV וגליקוציה של סיר אחד של SSEA-4.
Abstract
מאמר זה מציג פרוטוקול ניסיוני כללי לתיכנות oligosaccharide של סיר אחד, ומדגים כיצד להשתמש Auto-CHO תוכנה ליצירת פתרונות סינתטיים פוטנציאליים. הגישה לתיכנות אחד oligosaccharide סינתזה מיועדת להעצים את הסינתזה oligosaccharide מהירה של כמויות גדולות באמצעות thioglycoside אבני בניין (הברכלית) עם הסדר הרציף המתאים של ערכי הפעילות החוזרת היחסית (RRVs). Auto-CHO היא תוכנה חוצת פלטפורמות עם ממשק משתמש גרפי המספק פתרונות סינתטיים אפשריים לתיכנות oligosaccharide בסיר אחד בלבד על ידי חיפוש בספריית חביות (המכיל על 150 מאומת ו-50,000 הבתרונות > וירטואליים) עם החזוי במדויק RRVs על-ידי רגרסיה וקטורית תמיכה. האלגוריתם של סינתזה הירארכית סיר אחד כבר מיושם ב-Auto-CHO ומשתמש קטעים שנוצרו על ידי התגובה סיר אחד כמו בהבותחת החדש. בנוסף, Auto-CHO מאפשר למשתמשים לתת משוב עבור b וירטואלי בה, כדי לשמור על יקרי ערך לשימוש נוסף. 1-סיר סינתזה של הבמה-אנטיגן מעובריים ספציפיים 4 (SSEA-4), אשר הוא מסמן תא גזע האדם מעובריים, הפגינו בעבודה זו.
Introduction
פחמימות נמצאות בכל מקום בטבע1,2, אבל נוכחותם ובמצב של פעולה נשארים טריטוריה לא ממופה, בעיקר בשל גישה קשה למחלקה זו של מולקולות3. בניגוד לסינתזה האוטומטית של oligopeptides ו-oligמונו, התפתחות הסינתזה האוטומטית של oligosaccharides נותרת משימה מפחידה, וההתקדמות הייתה איטית יחסית.
כדי להתמודד עם בעיה זו, וונג ואח ‘ פיתחה את השיטה האוטומטית הראשונה לסינתזה של oligosaccharides באמצעות תוכנית תוכנה לתכנות בשם אופטימי4, אשר מנחה את הבחירה של b בהסלקציה מתוך ספריה של ~ 50 bbls הבותח עבור רציף 1-סיר תגובות. כל חביות תוכננה ומסונתז עם פעילות מחודשת מוגדרת היטב על ידי קבוצות הגנה שונות. באמצעות גישה זו, המורכבות של הגנה על מניפולציה וטיהור ביניים ניתן למזער במהלך סינתזה, אשר נחשבו בעיות הקשה ביותר כדי להתגבר על פיתוח של סינתזה אוטומטית. למרות מקדמה זו, השיטה היא עדיין מוגבלת למדי, כמו מספר הבסבול קטן מדי, תוכנית אופטימי יכול רק להתמודד עם oligosaccharides קטן מסוימים. עבור oligosaccharides מורכבים יותר הדורשים יותר BBLs ב, ומעברים מרובים של אחד-סיר תגובות ועיבוי קטע, גרסה משודרגת של התוכנה, Auto-CHO5, פותחה.
ב-Auto-CHO, יותר מ 50,000 בהבואת הברכייה עם פעילות מחודשת מוגדרת לספריית ה-חביות נוספו, כולל 154 סינתטי ו-50,000 וירטואליים. בעלי הבסיס הללו עוצבו על ידי למידה ממוחשבת המבוססת על מאפיינים בסיסיים, שינויים מחושבים nmr כימיים6,7, ו מתארים מולקולריים8, אשר משפיעים על המבנה ועל הפעילות החוזרת של הבזיזה. עם תוכנית משודרגת זו וקבוצה חדשה של b הבלית זמינה, קיבולת הסינתזה מורחבת, וכפי הפגינו, מספר oligosaccharides של עניין יכול להיות מוכן במהירות. הוא האמין כי התפתחות חדשה זו תסייע לסינתזה של oligosaccharides לחקר תפקידם בתהליכים ביולוגיים שונים וההשפעות שלהם על המבנים והתפקודים של גליקורופנס וגליקולפידים. כמו-כן, היא מחשבת שעבודה זו תרמה באופן משמעותי את הקהילה הגליהמדעית, בהתחשב בכך ששיטה זו זמינה לקהילת המחקר ללא תשלום. סינתזה של סמן תא גזע האדם החיוני, SSEA-45, מוצג בעבודה זו.
Protocol
Representative Results
Discussion
התוכנה Auto-CHO פותחה עבור סיוע כימאים להמשיך היררכי ולתכנות סינתזה של סיר אחד של oligosaccharides5. Auto-CHO נבנה על ידי שפת תכנות Java. זוהי תוכנה GUI ופלטפורמות, אשר תומך כרגע Windows, macOS, ו-Ubuntu. ניתן להוריד את התוכנה ללא תשלום עבור האתר Auto-CHO ב-, וקוד המקור שלה עם רישיון MIT נ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכת על ידי אקדמיה סינאיקה כולל תוכנית הפסגה, משרד המדע והטכנולוגיה [רוב 104-0210-01-09-02, רוב 105-0210-01-13-01, רוב 106-0210-01-15-02], ו NSF (1664283).
Materials
| Acetonitrile | Sigma-Aldrich | 75-05-8 | |
| Anhydrous magnesium sulfate | Sigma-Aldrich | 7487-88-9 | |
| Cerium ammonium molybdate | TCI | C1794 | |
| Dichloromethane | Sigma-Aldrich | 75-09-2 | |
| Drierite | Sigma-Aldrich | 7778-18-9 | |
| Ethyl acetate | Sigma-Aldrich | 141-78-6 | |
| Methanol | Sigma-Aldrich | 67-56-1 | |
| Molecular sieves 4 Å | Sigma-Aldrich | ||
| n-Hexane | Sigma-Aldrich | 110-54-3 | |
| N-Iodosuccinimide | Sigma-Aldrich | 516-12-1 | |
| Sodium bicarbonate | Sigma-Aldrich | 144-55-8 | |
| Sodium thiosulfate | Sigma-Aldrich | 10102-17-7 | |
| Toluene | Sigma-Aldrich | 108-88-3 | |
| Trifluoromethanesulfonic acid | Sigma-Aldrich | 1493-13-6 |
References
- Apweiler, R., Hermjakob, H., Sharon, N. On the frequency of protein glycosylation, as deduced from analysis of the SWISS-PROT database. Biochimica Et Biophysica Acta. 1473 (1), 4-8 (1999).
- Sears, P., Wong, C. -. H. Toward Automated Synthesis of Oligosaccharides and Glycoproteins. Science. 291 (5512), 2344-2350 (2001).
- Kulkarni, S. S., et al. “One-Pot” Protection, Glycosylation, and Protection-Glycosylation Strategies of Carbohydrates. Chemical Reviews. 118 (17), 8025-8104 (2018).
- Zhang, Z., et al. Programmable One-Pot Oligosaccharide Synthesis. Journal of the American Chemical Society. 121 (4), 734-753 (1999).
- Cheng, C. -. W., et al. Hierarchical and programmable one-pot synthesis of oligosaccharides. Nature Communications. 9 (1), 5202 (2018).
- . . ChemDraw. , (2019).
- Cheeseman, J. R., Frisch, &. #. 1. 9. 8. ;. . Predicting magnetic properties with chemdraw and gaussian. , (2000).
- Yap, C. W. PaDEL-descriptor: An open source software to calculate molecular descriptors and fingerprints. Journal of Computational Chemistry. 32 (7), 1466-1474 (2011).
- Ceroni, A., Dell, A., Haslam, S. M. The GlycanBuilder: a fast, intuitive and flexible software tool for building and displaying glycan structures. Source Code for Biology and Medicine. 2, 3 (2007).
- Damerell, D., et al. The GlycanBuilder and GlycoWorkbench glycoinformatics tools: updates and new developments. Biological Chemistry. 393 (11), 1357-1362 (2012).
