Hierarchische und programmierbare Ein-Topf-Oligosaccharid-Synthese
Summary
Dieses Protokoll zeigt, wie die Auto-CHO-Software für die hierarchische und programmierbare Ein-Topf-Synthese von Oligosacchariden verwendet wird. Es beschreibt auch das allgemeine Verfahren für RRV-Bestimmungsexperimente und Ein-Topf-Glykosylierung von SSEA-4.
Abstract
Dieser Artikel stellt ein allgemeines experimentelles Protokoll für die programmierbare Ein-Topf-Oligosaccharid-Synthese vor und zeigt, wie Auto-CHO-Software zur Generierung potenzieller synthetischer Lösungen verwendet wird. Der programmierbare Ein-Topf-Oligosaccharid-Syntheseansatz wurde entwickelt, um die schnelle Oligosaccharidsynthese großer Mengen mit Thioglykosid-Bausteinen (BBLs) mit der entsprechenden sequenziellen Reihenfolge der relativen Reaktivitätswerte (RRVs) zu ermöglichen. Auto-CHO ist eine plattformübergreifende Software mit einer grafischen Benutzeroberfläche, die mögliche synthetische Lösungen für die programmierbare Ein-Topf-Oligosaccharid-Synthese bietet, indem sie eine BBL-Bibliothek (mit ca. 150 validierten und >50.000 virtuellen BBLs) mit genau vorhergesagte RRVs durch Unterstützung der Vektorregression. Der Algorithmus für die hierarchische Ein-Topf-Synthese wurde in Auto-CHO implementiert und verwendet Fragmente, die von One-Pot-Reaktionen generiert werden, als neue BBLs. Darüber hinaus ermöglicht Auto-CHO Benutzern, Feedback für virtuelle BBLs zu geben, um wertvolle für die weitere Verwendung zu behalten. Die One-Pot-Synthese des stufenspezifischen embryonalen Antigens 4 (SSEA-4), einem pluripotenten menschlichen embryonalen Stammzellmarker, wird in dieser Arbeit nachgewiesen.
Introduction
Kohlenhydrate sind in der Natur allgegenwärtig1,2, aber ihre Anwesenheit und Wirkungsweise bleiben ein neu erforschtes Gebiet, vor allem aufgrund des schwierigen Zugangs zu dieser Klasse von Molekülen3. Im Gegensatz zur automatisierten Synthese von Oligopeptiden und Oligonukleotiden bleibt die Entwicklung der automatisierten Synthese von Oligosacchariden eine gewaltige Aufgabe, und der Fortschritt ist relativ langsam.
Um dieses Problem anzugehen, entwickelten Wong et al. die erste automatisierte Methode zur Synthese von Oligosacchariden mit einem programmierbaren Softwareprogramm namens Optimer4, das die Auswahl von BBLs aus einer Bibliothek von 50 BBLs für sequenzielle Ein-Topf-Werte leitet. Reaktionen. Jede BBL wurde mit einer genau definierten Reaktivität entworfen und synthetisiert, die von verschiedenen Schutzgruppen abgestimmt wurde. Mit diesem Ansatz können die Komplexitäten des Schutzes von Manipulation und Zwischenreinigung während der Synthese minimiert werden, die als die schwierigsten Probleme bei der Entwicklung der automatisierten Synthese zu überwinden sind. Trotz dieses Fortschritts ist die Methode immer noch recht eingeschränkt, da die Anzahl der BBLs zu klein ist und das Optimer-Programm nur bestimmte kleine Oligosaccharide verarbeiten kann. Für komplexere Oligosaccharide, die mehr BBLs und mehrere Durchgänge von Ein-Topf-Reaktionen und Fragmentkondensation erfordern, wurde eine aktualisierte Version des Softwareprogramms Auto-CHO5entwickelt.
In Auto-CHO wurden mehr als 50.000 BBLs mit definierter Reaktivität zur BBL-Bibliothek hinzugefügt, darunter 154 synthetische und 50.000 virtuelle. Diese BBLs wurden durch maschinelles Lernen auf der Grundlage grundlegender Eigenschaften, berechneter NMR-Chemieschichten6,7und molekularer Deskriptoren8entwickelt, die die Struktur und Reaktivität der BBLs beeinflussen. Mit diesem aktualisierten Programm und neuen BBLs zur Verfügung, wird die Synthesekapazität erweitert, und wie gezeigt, können mehrere Oligosaccharide von Interesse schnell vorbereitet werden. Es wird angenommen, dass diese neue Entwicklung die Synthese von Oligosacchariden für die Untersuchung ihrer Rolle in verschiedenen biologischen Prozessen und ihre Auswirkungen auf die Strukturen und Funktionen von Glykoproteinen und Glycolipiden erleichtern wird. Es wird auch angenommen, dass diese Arbeit der Glykowissenschaftlichen Gemeinschaft erheblich zugute kommen wird, da diese Methode der Forschungsgemeinschaft kostenlos zur Verfügung steht. Die Synthese des essentiellen menschlichen embryonalen Stammzellmarkers SSEA-45wird in dieser Arbeit demonstriert.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Auto-CHO-Software wurde entwickelt, um Chemikern dabei zu unterstützen, hierarchische und programmierbare Ein-Topf-Synthese von Oligosacchariden5zu betreiben. Auto-CHO wurde von der Programmiersprache Java erstellt. Es ist eine GUI-Software und Plattform, die derzeit Windows, macOS und Ubuntu unterstützt. Die Software kann kostenlos für die Auto-CHO-Website unter heruntergeladen werden, und der Quellcode mit MIT-Lizenz kann über den GitHub unte…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der Academia Sinica unterstützt, einschließlich des Summit-Programms, des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie [MOST 104-0210-01-09-02, MOST 105-0210-01-13-01, MOST 106-0210-01-15-02] und 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
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