Summary

Síntese de Oligosacárido de um pote programável e hierárquica

Published: September 06, 2019
doi:

Summary

Este protocolo demonstra como usar o software auto-CHO para a síntese hierárquica e programável de um pote de oligossacarídeos. Descreve também o procedimento geral para experimentos de determinação de RRV e glicosilação de um pote de SSEA-4.

Abstract

Este artigo apresenta um protocolo experimental geral para a síntese programável do oligosaccharide do um-potenciômetro e demonstra como usar o software de auto-CHO para gerar soluções sintéticas potenciais. A aproximação programável do oligosaccharide do um-potenciômetro da síntese é projetada capacitar a síntese rápida do Oligosaccharide das grandes quantidades usando blocos de edifício do thioglycoside (BBLs) com a ordem sequencial apropriada de valores relativos da reactividade (RRVs). O auto-CHO é um software multi-plataforma com uma interface gráfica de usuário que fornece possíveis soluções sintéticas para síntese de oligosacárido de um pote programável, pesquisando uma biblioteca BBL (contendo cerca de 150 validadas e > 50000 BBLs virtuais) com com precisão previu RRVs por regressão vetorial de suporte. O algoritmo para síntese de um pote hierárquico foi implementado em auto-CHO e usa fragmentos gerados por reações de um pote como novos BBLs. Além disso, o auto-CHO permite aos usuários dar feedback para BBLs virtuais para manter os valiosos para uso posterior. A síntese do um-potenciômetro do antígeno embrionário estágio-específico 4 (ssea-4), que é um marcador embrionário humano pluripotente da pilha de haste, é demonstrada neste trabalho.

Introduction

Os carboidratos são onipresentes na natureza1,2, massua presença e modo de ação permanecem um territóriodesconhecido, principalmentedevido ao difícil acesso a essa classe de moléculas3. Diferentemente da síntese automatizada de oligopeptídeos e oligonucleotídeos, o desenvolvimento da síntese automatizada de oligossacarídeos continua sendo uma tarefa formidável, e o progresso tem sido relativamente lento.

Para resolver este problema, Wong et al. desenvolveram o primeiro método automatizado para a síntese de oligossacarídeos usando um programa de software programável chamado Optimer4, que orienta a seleção de bbls de uma biblioteca de ~ 50 bbls para seqüencial de um pote Reações. Cada BBL foi projetado e sintetizado com reatividade bem definida sintonizada por vários grupos de proteção. Usando essa abordagem, as complexidades de proteger a manipulação e a purificação intermediária podem ser minimizadas durante a síntese, que foram consideradas as questões mais difíceis de superar no desenvolvimento da síntese automatizada. Apesar deste avanço, o método ainda é bastante restrito, pois o número de BBLs é muito pequeno e o programa Optimer só pode lidar com certos oligossacarídeos pequenos. Para oligossacarídeos mais complexos que exigem mais BBLs e vários passes de reações de um pote e condensação de fragmento, uma versão atualizada do programa de software, auto-CHO5, foi desenvolvida.

Em auto-CHO, mais de 50.000 BBLs com reatividade definida para a biblioteca BBL foram adicionados, incluindo 154 sintético e 50.000 virtual ones. Estes bbls foram projetados pelo aprendizado de máquina baseado em propriedades básicas, os deslocamentos químicos calculados de NMR6,7, e os descritores moleculares8, que afetam a estrutura e a reactividade dos bbls. Com este programa atualizado e novo conjunto de BBLs disponíveis, a capacidade de síntese é expandida, e como demonstrado, vários oligossacarídeos de interesse podem ser rapidamente preparados. Acredita-se que este novo desenvolvimento facilitará a síntese de oligossacarídeos para o estudo de seus papéis em vários processos biológicos e seus impactos sobre as estruturas e funções das glicoproteínas e glicolipídeos. Pensa-se também que este trabalho beneficiará significativamente a comunidade de glicociência, uma vez que este método está disponível para a comunidade de pesquisa de forma gratuita. A síntese do marcador embrionário humano essencial da pilha de haste, SSEA-45, é demonstrada neste trabalho.

Protocol

1. auto-CHO manipulação de software Instalação do Java Runtime Environment: Certifique-se de que o Java Runtime Environment (JRE) foi instalado no dispositivo. Se o JRE tiver sido instalado, vá para a próxima etapa, “inicialização do software”; caso contrário, baixe e instale o JRE de acordo com o sistema operacional do usuário encontrado em: . Inicialização do software: acesse o site do auto-CHO em < https://sites.goog…

Representative Results

O resultado da pesquisa de CHO automático com base nas configurações de parâmetro padrão indica que SSEA-4 pode ser sintetizado por uma reação de um pote [2 + 1 + 3]. A Figura 3 mostra a captura de tela do software do resultado da pesquisa ssea-4. Quando um trisacárido reduzindo o Acceptor final é selecionado (Figura 3, rótulo 1), o programa mostra quatro soluções potenciais para a consulta. A primeira solução tem u…

Discussion

O software auto-CHO foi desenvolvido para auxiliar os químicos a prosseguir a síntese hierárquica e programável de um pote de oligossacarídeos5. Auto-CHO foi construído pela linguagem de programação Java. É um software GUI e multi-plataforma, que atualmente suporta Windows, macOS e Ubuntu. O software pode ser baixado gratuitamente para o site da auto-CHO em , e seu código-fonte com licença MIT pode ser acessado a partir do GitHub em < https…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho foi apoiado pela Academia Sinica, incluindo o programa Summit, Ministério da ciência e tecnologia [MOST 104-0210-01-09-02, MOST 105-0210-01-13-01, MOST 106-0210-01-15-02], e 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).
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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).

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