Hierarkisk og programmerbar en-pot oligosaccharid syntese
Summary
Denne protokol demonstrerer, hvordan man bruger auto-CHO software til hierarkisk og programmerbar en-pot syntese af oligosaccharider. Den beskriver også den generelle procedure for forsøg med bestemmelse af RRV og en-pot-glykosylering af SSEA-4.
Abstract
Denne artikel præsenterer en generel eksperimentel protokol for programmerbar One-pot oligosaccharid syntese og demonstrerer, hvordan man bruger auto-Cho software til at generere potentielle syntetiske løsninger. Den programmerbare One-pot oligosaccharid syntese tilgang er designet til at styrke hurtig oligosaccharid syntese af store mængder ved hjælp af thioglycoside byggeklodser (bbl’er) med passende sekventiel rækkefølge af relative reaktivitet værdier (rrvs). Auto-Cho er en cross-platform software med en grafisk brugergrænseflade, der giver mulige syntetiske løsninger til programmerbar One-pot oligosaccharid syntese ved at søge en bbl bibliotek (indeholdende ca. 150 valideret og > 50000 virtuelle bbls) med nøjagtigt forudsagt RRVs ved støtte vektor regression. Algoritmen for hierarkisk en-pot syntese er blevet implementeret i Auto-CHO og bruger fragmenter genereret af en-pot reaktioner som nye BBLs. Desuden giver auto-CHO brugerne mulighed for at give feedback til virtuelle BBLs at holde værdifulde dem til yderligere brug. En-pot syntese af fase-specifikke embryonale antigen 4 (SSEA-4), som er en pluripotente humane embryonale stamcelle markør, er påvist i dette arbejde.
Introduction
Kulhydrater er allestedsnærværende i naturen1,2, menderes tilstedeværelse og virkningsmåde forbliver et ukendt territorium, primært på grund af vanskelig adgang til denne klasse af molekyler3. I modsætning til automatiseret syntese af oligopeptider og oligonukleotider er udviklingen af automatiseret syntese af oligosaccharider fortsat en formidabel opgave, og fremskridtene har været relativt langsomme.
For at tackle dette problem, Wong et al. udviklet den første automatiserede metode til syntese af oligosaccharider ved hjælp af en programmerbar softwareprogram kaldet Optimer4, som guider udvælgelsen af bbls fra et bibliotek af ~ 50 bbls for sekventiel en-pot Reaktioner. Hver BBL blev designet og syntetiseret med veldefineret reaktivitet tunet af forskellige beskyttende grupper. Ved hjælp af denne fremgangsmåde, kompleksiteten af at beskytte manipulation og mellemliggende rensning kan minimeres under syntese, som er blevet betragtet som de vanskeligste spørgsmål at overvinde i udviklingen af automatiseret syntese. På trods af dette forskud, metoden er stadig ganske begrænset, da antallet af BBLs er for lille og Optimer program kan kun håndtere visse små oligosaccharider. For mere komplekse oligosaccharider, der kræver flere BBLs og flere passerer af en-pot reaktioner og fragment kondensation, en opgraderet version af softwareprogrammet, Auto-CHO5, er blevet udviklet.
I Auto-CHO er der tilføjet mere end 50.000 BBLs med defineret reaktivitet til BBL-biblioteket, herunder 154 syntetiske og 50.000 virtuelle. Disse bbl’er er designet af maskinel indlæring baseret på grundlæggende egenskaber, beregnet NMR Chemical Skift6,7, og molekylære deskriptorer8, som påvirker strukturen og reaktiviteten af bbls. Med dette opgraderede program og nye sæt Bbl’er til rådighed, den syntese kapacitet er udvidet, og som påvist, flere oligosaccharider af interesse kan hurtigt være forberedt. Det menes, at denne nye udvikling vil lette syntesen af oligosaccharider for studiet af deres roller i forskellige biologiske processer og deres virkninger på strukturer og funktioner af glykoproteiner og glycolipider. Det menes også, at dette arbejde vil gavne glycovidenskaben samfund betydeligt, da denne metode er tilgængelig for forskersamfundet gratis. Syntese af den væsentlige humane embryonale stamcelle markør, SSEA-45, er demonstreret i dette arbejde.
Protocol
Representative Results
Discussion
Auto-CHO-softwaren blev udviklet til at hjælpe kemikere med at fortsætte den hierarkiske og programmerbare One-pot-syntese af oligosaccharider5. Auto-CHO blev bygget af Java programmeringssprog. Det er en GUI software og cross-platform, som i øjeblikket understøtter Windows, macOS, og Ubuntu. Softwaren kan downloades gratis for auto-CHO hjemmeside på , og dens kildekode med MIT licens kan tilgås fra GitHub på < https://github.com/CW-Wayne/Auto-…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af Academia Sinica, herunder Summit program, Ministeriet for videnskab og teknologi [MOST 104-0210-01-09-02, MOST 105-0210-01-13-01, MOST 106-0210-01-15-02], og 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).
