Summary

הירארכי וניתן לתיכנות Oligosaccharide סינתזה של סיר אחד

Published: September 06, 2019
doi:

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

1. מניפולציה תוכנה אוטומטית-צ’ו התקנה סביבתית של java Runtime: ודא שסביבת ה-Java Runtime (JRE) הותקנה בהתקן. אם הותקנה JRE, עבור לשלב הבא, “אתחול תוכנה”; אחרת, הורד והתקן את JRE בהתאם למערכת ההפעלה של המשתמש שנמצא ב: . אתחול תוכנה: עבור אל אתר האינטרנט של Auto-CHO ב-< ht…

Representative Results

תוצאת החיפוש Auto-CHO המבוססת על הגדרות פרמטרים המהווים ברירת מחדל מציינת כי SSEA-4 יכול להיות מסונתז על-ידי [2 + 1 + 3] התגובה בסיר אחד. איור 3 מציג את מסך התוכנה של תוצאת החיפוש של ssea-4. כאשר המערכת מצמצמת את האפשרות לקבלת מראה של סיום משולש (איור 3, תו?…

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

  1. 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).
  2. Sears, P., Wong, C. -. H. Toward Automated Synthesis of Oligosaccharides and Glycoproteins. Science. 291 (5512), 2344-2350 (2001).
  3. Kulkarni, S. S., et al. “One-Pot” Protection, Glycosylation, and Protection-Glycosylation Strategies of Carbohydrates. Chemical Reviews. 118 (17), 8025-8104 (2018).
  4. Zhang, Z., et al. Programmable One-Pot Oligosaccharide Synthesis. Journal of the American Chemical Society. 121 (4), 734-753 (1999).
  5. Cheng, C. -. W., et al. Hierarchical and programmable one-pot synthesis of oligosaccharides. Nature Communications. 9 (1), 5202 (2018).
  6. . . ChemDraw. , (2019).
  7. Cheeseman, J. R., Frisch, &. #. 1. 9. 8. ;. . Predicting magnetic properties with chemdraw and gaussian. , (2000).
  8. Yap, C. W. PaDEL-descriptor: An open source software to calculate molecular descriptors and fingerprints. Journal of Computational Chemistry. 32 (7), 1466-1474 (2011).
  9. 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).
  10. Damerell, D., et al. The GlycanBuilder and GlycoWorkbench glycoinformatics tools: updates and new developments. Biological Chemistry. 393 (11), 1357-1362 (2012).

Play Video

Cite This Article
Cheng, C., Zhou, Y., Pan, W., Dey, S., Wu, C., Hsu, W., Wong, C. Hierarchical and Programmable One-Pot Oligosaccharide Synthesis. J. Vis. Exp. (151), e59987, doi:10.3791/59987 (2019).

View Video