Hiërarchische en programmeerbare One-pot oligosaccharide synthese
Summary
Dit protocol demonstreert het gebruik van de auto-CHO software voor hiërarchische en programmeerbare One-pot synthese van oligosacchariden. Het beschrijft ook de algemene procedure voor RRV-bepalings experimenten en eenpotglycosylatie van SSEA-4.
Abstract
Dit artikel presenteert een algemeen experimenteel protocol voor programmeerbare One-pot oligosaccharide synthese en laat zien hoe u auto-CHO software gebruikt voor het genereren van potentiële synthetische oplossingen. De programmeerbare One-pot oligosaccharide synthese aanpak is ontworpen om snelle oligosaccharide synthese van grote hoeveelheden met behulp van thioglycoside building blocks (BBLs) met de juiste sequentiële volgorde van relatieve reactiviteit waarden (RRVs). Auto-CHO is een platformonafhankelijke software met een grafische gebruikersinterface die mogelijke synthetische oplossingen biedt voor programmeerbare One-pot oligosaccharide synthese door te zoeken in een BBL-bibliotheek (met ongeveer 150 gevalideerde en > 50000 virtuele Bbl’s) met nauwkeurig voorspelde RRVs door ondersteuning van vector regressie. Het algoritme voor hiërarchische One-pot synthese is geïmplementeerd in auto-CHO en gebruikt fragmenten gegenereerd door One-pot reacties als nieuwe BBLs. Daarnaast stelt auto-CHO gebruikers in staat om feedback te geven voor virtuele Bbl’s om waardevolle voor verder gebruik te behouden. Eenpotsynthese van fase-specifieke embryonale antigeen 4 (SSEA-4), een pluripotente menselijke embryonale stamcel marker, wordt in dit werk gedemonstreerd.
Introduction
Koolhydraten zijn alomtegenwoordig in de natuur1,2, maarhun aanwezigheid en werkingswijze blijven een onbekendgebied, voornamelijkals gevolg van moeilijke toegang tot deze klasse van moleculen3. In tegenstelling tot de geautomatiseerde synthese van oligopeptides en oligonucleotiden, blijft de ontwikkeling van de geautomatiseerde synthese van oligosacchariden een formidabele taak en is de vooruitgang relatief traag.
Om dit probleem aan te pakken, ontwikkelde Wong et al. de eerste geautomatiseerde methode voor de synthese van oligosacchariden met behulp van een programmeerbaar softwareprogramma genaamd Optimer4, dat de selectie van bbl’s uit een bibliotheek van ~ 50 bbls voor sequentiële One-pot Reacties. Elke BBL werd ontworpen en gesynthetiseerd met goed gedefinieerde reactiviteit afgestemd door verschillende beschermende groepen. Met deze aanpak kunnen de complexiteit van het beschermen van manipulatie en tussentijdse zuivering worden geminimaliseerd tijdens de synthese, die zijn beschouwd als de moeilijkste problemen om te overwinnen in de ontwikkeling van geautomatiseerde synthese. Ondanks dit voorschot is de methode nog steeds vrij beperkt, omdat het aantal Bbl’s te klein is en het Optimer-programma alleen bepaalde kleine oligosacchariden kan verwerken. Voor complexere oligosacchariden die meer Bbl’s en meerdere Passes van One-pot reacties en fragment condensatie vereisen, is een geüpgrade versie van het softwareprogramma, auto-CHO5, ontwikkeld.
In auto-CHO zijn meer dan 50.000 Bbl’s met gedefinieerde reactiviteit aan de BBL-bibliotheek toegevoegd, waaronder 154 synthetische en 50.000 virtuele. Deze bbl’s zijn ontworpen door machine learning op basis van basiseigenschappen, berekende NMR-chemische verschuivingen6,7en moleculaire descriptoren8, die de structuur en reactiviteit van de bbl’s beïnvloeden. Met dit bijgewerkte programma en nieuwe set BBLs beschikbaar, de synthese capaciteit wordt uitgebreid, en zoals aangetoond, verschillende oligosacchariden van belang kunnen snel worden voorbereid. Er wordt aangenomen dat deze nieuwe ontwikkeling de synthese van oligosacchariden voor de studie van hun rollen in verschillende biologische processen en hun effecten op de structuren en functies van glycoproteïnen en glycolipiden zal vergemakkelijken. Er wordt ook gedacht dat dit werk de glycologie Gemeenschap aanzienlijk ten goede zal komen, gezien het feit dat deze methode gratis beschikbaar is voor de onderzoeksgemeenschap. Synthese van de essentiële menselijke embryonale stamcel marker, SSEA-45, wordt in dit werk gedemonstreerd.
Protocol
Representative Results
Discussion
De auto-CHO software is ontwikkeld voor het assisteren van chemici om te gaan hiërarchische en programmeerbare One-pot synthese van oligosacchariden5. Auto-CHO werd gebouwd door Java programmeertaal. Het is een GUI software en cross-platform, die momenteel ondersteunt Windows, macOS, en Ubuntu. De software kan gratis worden gedownload voor de auto-CHO-website op , en de broncode met MIT-licentie kan worden benaderd vanuit de GitHub op . c…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door Academia Sinica, waaronder het Summit-programma, het ministerie van wetenschap en technologie [de meeste 104-0210-01-09-02, de meeste 105-0210-01-13-01, de meeste 106-0210-01-15-02] en 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).
