Иерархический и программируемый однопотный олигосахаридный синтез
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
Representative Results
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
- 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).
