Summary

Иерархический и программируемый однопотный олигосахаридный синтез

Published: September 06, 2019
doi:

Summary

Этот протокол демонстрирует, как использовать программное обеспечение Auto-CHO для иерархического и программируемого синтеза олигосахаридов. В нем также описывается общая процедура экспериментов по определению RRV и гликозилирование SSEA-4.

Abstract

В этой статье представлен общий экспериментальный протокол для программируемого синтеза олигосахарида одного горшка и показано, как использовать программное обеспечение Auto-CHO для генерации потенциальных синтетических решений. Программируемый один горшок олигосахарида синтез подход предназначен для расширения возможностей быстрого синтеза олигосахарида больших количествах с использованием тиогликозидных строительных блоков (BBLs) с соответствующим последовательным порядком относительных значений реактивности (RRVs). Auto-CHO является кросс-платформенным программным обеспечением с графическим пользовательским интерфейсом, который обеспечивает возможные синтетические решения для программируемого синтеза олигосахарида одного горшка путем поиска в библиотеке BBL (содержащей около 150 проверенных и точно предсказал RRV поддержки вектор регрессии. Алгоритм иерархического синтеза одного горшка реализован в Auto-CHO и использует фрагменты, генерируемые реакцией одного горшка, в качестве новых BBL. Кроме того, Auto-CHO позволяет пользователям давать обратную связь для виртуальных BBLs, чтобы сохранить ценные для дальнейшего использования. В этой работе показан одногоршоксинтез апогена 4 (SSEA-4), который является плюрипотентным маркером эмбриональных стволовых клеток человека.

Introduction

Углеводы вездесущи в природе1,2, но их наличие и способ действия остаются неизведанной территории, в основном из-за трудного доступа к этому классу молекул3. В отличие от автоматизированного синтеза олигопептидов и олигонуклеотидов, развитие автоматизированного синтеза олигосахаридов остается огромной задачей, и прогресс идет относительно медленно.

Для решения этой проблемы, Вонг и др. разработали первый автоматизированный метод синтеза олигосахаридов с помощью программного обеспечения под названием Optimer4, которая направляет выбор BBLs из библиотеки 50 BBLs для последовательного одного горшка Реакции. Каждый BBL был разработан и синтезирован с четко определенной реактивностью, настроенной различными группами защиты. Используя этот подход, сложности защиты манипуляций и промежуточной очистки могут быть сведены к минимуму при синтезе, которые считаются наиболее сложными вопросами, которые необходимо преодолеть при разработке автоматизированного синтеза. Несмотря на это заранее, метод по-прежнему довольно ограничен, так как количество BBLs слишком мала, и программа Optimer может обрабатывать только некоторые небольшие олигосахариды. Для более сложных олигосахаридов, которые требуют больше BBLs и несколько проходов одного горшка реакций и фрагмент конденсации, модернизированная версия программного обеспечения, Auto-CHO5, была разработана.

В Auto-CHO, больше чем 50.000 BBLs с определенной реактивностью к архиву BBL были добавлены, включая 154 синтетические и 50.000 фактически одни. Эти BBLs были разработаны машинного обучения на основе основных свойств, рассчитанные ЯМР химических сдвигов6,7,и молекулярные дескрипторы8, которые влияют на структуру и реактивность BBLs. С этой обновленной программой и новым набором доступных BBL, потенциал синтеза расширяется, и, как показано, несколько олигосахаридов интерес может быть быстро подготовлен. Считается, что это новое развитие будет способствовать синтезу олигосахаридов для изучения их роли в различных биологических процессах и их воздействия на структуры и функции гликопротеинов и гликолипидов. Считается также, что эта работа принесет значительную пользу гликонаучному сообществу, учитывая, что этот метод доступен научному сообществу бесплатно. Синтез основных человеческих эмбриональных маркер стволовых клеток, SSEA-45, демонстрируется в этой работе.

Protocol

1. Манипуляция программным обеспечением Auto-CHO Установка среды Java Runtime: убедитесь, что в устройстве установлена среда Java Runtime Environment (JRE). Если JRE был установлен, перейдите к следующему шагу, “программной инициализации”; в противном случае, скачать и установить JRE в соответствии с операци…

Representative Results

Результат поиска Auto-CHO, основанный на параметрах по умолчанию, указывает на то, что SSEA-4 может быть синтезирован реакцией на один горшок. На рисунке 3 показан скриншот программного обеспечения результата поиска SSEA-4. При выборе трисахарида, уменьшающего к…

Discussion

Программное обеспечение Auto-CHO было разработано для оказания помощи химикам в продолжении иерархического и программируемого синтеза олигосахаридов5. Auto-CHO был построен на языке программирования Java. Это программное обеспечение GUI и кросс-платформенный, который в настоящее в…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана Академией Sinica в том числе Программы Встречи на высшем уровне, Министерство науки и техники “MOST 104-0210-01-09-02, MOST 105-0210-01-13-01, MOST 106-0210-01-15-02” и 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