Name: hierarchical and programmable one-pot oligosaccharide synthesis
Uploaded: 2019-09-06T13:00:00
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这项工作得到了中国学术界的支持，包括科学科学和技术部首脑会议计划[MOST 104-0210-09-02，MOST 105-0210-01-13-01，MOST 106-0210-01-01-15-02]和NSF（1664283）。

1. 自动CHO软件操作
<ol><li>Java 运行时环境安装：确保已在设备中安装了 Java 运行时环境 （JRE）。如果已安装 JRE，请转到下一步"软件初始化";否则，请根据用户的操作系统下载并安装 JRE，网址为：<https：//www.oracle.com/技术网络/java/javase/下载/index.html> 。</li>
	<li>软件初始化：转到 <https：//sites.google.com/视图/自动cho/home>的自动CHO网站，并根据操作系统下载软件。目前，自动 CHO 支持 Windows、macOS 和 Ubun...

<ol>
	<li>Apweiler, R., Hermjakob, H., Sharon, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+frequency+of+protein+glycosylation,+as+deduced+from+analysis+of+the+SWISS-PROT+database.">On the frequency of protein glycosylation, as deduced from analysis of the SWISS-PROT database.</a> Biochimica Et Biophysica Acta. 1473 (1), 4-8 (1999).</li><li>Sears, P., Wong, C. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+Automated+Synthesis+of+Oligosaccharides+and+Glycoproteins.">Toward Automated Synthesis of Oligosaccharides and Glycoproteins.</a> Science. 291 (5512), 2344-2350 (2001).</li><li>Kulkarni, S. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=&#8220;One-Pot&#8221;+Protection,+Glycosylation,+and+Protection-Glycosylation+Strategies+of+Carbohydrates.">&#8220;One-Pot&#8221; Protection, Glycosylation, and Protection-Glycosylation Strategies of Carbohydrates.</a> Chemical Reviews. 118 (17), 8025-8104 (2018).</li><li>Zhang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programmable+One-Pot+Oligosaccharide+Synthesis.">Programmable One-Pot Oligosaccharide Synthesis.</a> Journal of the American Chemical Society. 121 (4), 734-753 (1999).</li><li>Cheng, C. -. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hierarchical+and+programmable+one-pot+synthesis+of+oligosaccharides.">Hierarchical and programmable one-pot synthesis of oligosaccharides.</a> Nature Communications. 9 (1), 5202 (2018).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> ChemDraw. , (2019).</li><li>Cheeseman, J. R., Frisch, &. #. 1. 9. 8. ;. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Predicting magnetic properties with chemdraw and gaussian. , (2000).</li><li>Yap, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PaDEL-descriptor:+An+open+source+software+to+calculate+molecular+descriptors+and+fingerprints.">PaDEL-descriptor: An open source software to calculate molecular descriptors and fingerprints.</a> Journal of Computational Chemistry. 32 (7), 1466-1474 (2011).</li><li>Ceroni, A., Dell, A., Haslam, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+GlycanBuilder:+a+fast,+intuitive+and+flexible+software+tool+for+building+and+displaying+glycan+structures.">The GlycanBuilder: a fast, intuitive and flexible software tool for building and displaying glycan structures.</a> Source Code for Biology and Medicine. 2, 3 (2007).</li><li>Damerell, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+GlycanBuilder+and+GlycoWorkbench+glycoinformatics+tools:+updates+and+new+developments.">The GlycanBuilder and GlycoWorkbench glycoinformatics tools: updates and new developments.</a> Biological Chemistry. 393 (11), 1357-1362 (2012).</li></ol>

Auto-CHO软件的开发是帮助化学家进行分层和可编程的单罐合成寡糖5。自动CHO是由Java编程语言构建的。它是一个 GUI 软件和跨平台，目前支持 Windows、macOS 和 Ubuntu。该软件可以免费下载的自动CHO网站在<https：//sites.google.com/视图/自动cho/home>，其源代码与MIT许可证可以从GitHub在<https：//github.com/CW-韦恩/自动-CHO>访问。
自动CHO的BBL库包含154个实验性BBL和超过50，000个...

碳水化合物在自然界1、2中无处不在，但它们的存在和作用方式仍然是一个未知的领域，这主要是因为很难获得这种分子3。与寡肽和寡核苷酸的自动合成不同，寡糖的自动合成开发仍然是一项艰巨的任务，而且进展相对缓慢。
为了解决这个问题，Wong等人开发了第一个使用名为Optimer4的可编程软件程序合成寡糖的自动化方法，该程序指导从50个BBL库中选择低核糖核酸，用于顺序单罐反应。每个BBL都设计和合成了由各种保护组调谐的清晰的反应性。使用这种方法，在合成过程中可以最大限度地减少保护操作和中间纯化的复杂性，这被认为是开发自动化合成时最难克服的问题。尽管这个进步，该方法仍然相当有限，因为BBL的数量太少，并且Optimer程序只能处理某些小的寡糖。对于更复杂的寡糖，需要更多的低核和单罐反应和片段凝结的多次传递，软件程序的升级版本，Auto-CHO5，已经开发。
在 Auto-CHO 中，添加了 50，000 多个具有定义对 BBL 库的反应性的 BLL，包括 154 个合成和 50，000 个虚拟的 BLL。这些BBL是由机器学习基于基本特性设计的，计算了NMR化学偏移6，7，和分子描述符8，这些描述符影响BBL的结构和反应。有了这个升级的程序和新的一组低息，合成能力被扩展，正如所展示的，可以迅速准备几个感兴趣的寡糖。据认为，这一新发展将促进寡糖的合成，以研究其在各种生物过程中的作用及其对糖蛋白和糖脂的结构及功能的影响。还有人认为，鉴于这种方法可供研究界免费使用，这项工作将大大有利于糖科学界。合成人类胚胎干细胞标记物SSEA-45，在这项工作中得到了证明。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acetonitrile</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>75-05-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anhydrous magnesium sulfate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>7487-88-9</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cerium ammonium molybdate</td>
			<td>TCI</td>
			<td>C1794</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloromethane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>75-09-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drierite</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>7778-18-9</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl acetate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>141-78-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>67-56-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Molecular sieves 4 &#197;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>n-Hexane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>110-54-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-Iodosuccinimide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>516-12-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium bicarbonate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>144-55-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium thiosulfate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>10102-17-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Toluene</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>108-88-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trifluoromethanesulfonic acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>1493-13-6</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

hierarchical and programmable one-pot oligosaccharide synthesis

本文介绍了一种可编程单罐寡糖合成的通用实验方案，并演示如何使用Auto-CHO软件生成潜在的合成解决方案。可编程单罐寡糖合成方法旨在利用硫糖苷积木 （BFL） 实现大量寡糖的快速合成，并具有相对反应值 （RRV） 的适当顺序。Auto-CHO 是一款具有图形用户界面的跨平台软件，通过搜索 BBL 库（包含约 150 个经过验证的和 >50，000 个虚拟 BFL）的可编程单罐寡糖合成提供了可能的合成解决方案通过支持向量回归准确预测 RrV。分层单罐合成算法已在 Auto-CHO 中实现，并使用单罐反应生成的片段作为新的 BLL。此外，Auto-CHO 允许用户为虚拟 BFL 提供反馈，以便保留有价值的 BFL 供进一步使用。一罐合成阶段特异性胚胎抗原4（SSEA-4），这是一个多能的人类胚胎干细胞标记，证明在这项工作。

基于默认参数设置的自动 CHO 搜索结果表明 SSEA-4 可以通过 [2 + 1 + 3] 一锅反应合成。图 3显示了 SSEA-4 搜索结果的软件屏幕截图。当选择三糖减少端接受器时（图3，标签1），程序显示查询的四个潜在解决方案。第一个解有一个片段（图3，标签2），其计算收益率约为94%。片段可以由两个BL合成（<strong class="x...

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Hierarchical and Programmable One-Pot Oligosaccharide Synthesis

该协议演示如何使用 Auto-CHO 软件进行寡糖的分层和可编程单罐合成。还介绍了RV测定实验和SSEA-4单罐糖基化的一般程序。

分层和可编程单罐寡糖合成

This article presents a general experimental protocol for programmable one-pot oligosaccharide synthesis and demonstrates how to use Auto-CHO software for ...

我们演示如何使用我们新开发的软件 Auto-CHO 进行分层和可编程单锅寡糖合成。Auto-CHO 包括扩展构建基块上的算法，通过机器学习预测相对反应值。Auto-CHO 软件为构建基块选择提供了宝贵的指南，并为通过片段组合对更复杂的甘油进行多个单罐合成提供了分层蓝图。这种技术的影响延伸到癌症或传染病的治疗，以碳水化合物为基础的治疗。在使用 Auto-CHO 之前，请确保 Java 运行时环境已安装在 PC 或 Mac 中。Auto-CHO软件操作的可视化演示及相关的响应值测定实验将有助于化学家遵循协议，快速进行实验。若要执行 Java 运行时环境的软件初始化，请转到 Auto-CHO 网站，然后根据操作系统下载软件。目前，自动 CHO 支持 Windows、macOS 和 Ubuntu。最新的 PDF 用户指南在自动 CHO 网站上提供。对于 Windows 用户，解压缩自动 CHO 窗口。zip，并双击自动 CHO。在自动 CHO 窗口文件夹中启动程序。输入所需的甘油结构。选择绘制甘油结构或读取现有结构文件。要通过绘图进行输入，请单击"由糖建设者编辑甘油"，或单击此处编辑合成目标以绘制和编辑由糖人构建器绘制和编辑查询结构的区域。不应忽视链接和性信息。单击 Globo-H、SSEA-4 或 OligoLacNAc 按钮以显示示例。关闭甘油构建器对话以完成编辑。在参数设置选项卡中定义搜索参数，以获得合理的搜索结果。单击"正常"按钮以启用新设置。默认设置是仅搜索实验库。如果需要同时搜索实验库和虚拟库，请选择虚拟构建基块库选项卡。选择使用实验库和虚拟库，并应用筛选来显示具有特定条件的虚拟构建基块。实验和虚拟构建基块可以协同工作，以提高 Auto-CHO 的搜索能力。目前，Auto-CHO 提供了 5 万多个虚拟构建基块，库中包含预测的 RRV。检查用户希望用于搜索的一个或多个所需的虚拟构建基块。单击显示选定的虚拟构建基块按钮，仅显示选定的虚拟构建基块。单击显示筛选的虚拟构建基块按钮，仅显示具有用户定义的某些条件的虚拟构建基块。单击"显示所有虚拟构建基块"按钮以显示所有可用的虚拟构建基块，然后重置筛选器。选择查询结构选项卡并单击搜索构建基块库按钮，查找查询结构的一锅合成解决方案。然后确认参数设置。搜索结果查看器。搜索结果显示在结果可视化选项卡中。不同残渣编号的减值端接受器显示在还原端接受器列中。接下来，选择一个减小端接受器。解决方案显示在综合解决方案列表中。片段显示在片段列表中，以建议在合成中应使用多少片段。该系统提供了每个片段的详细信息，包括片段的 RRV、计算结果，以及应保护哪个保护组，以在单锅反应中使用片段。还显示用于组装所选片段和片段连接信息的构建基块。有关实验构建基块，请查看和检查积木区域化学结构中所选构建基块的化学结构，并查看详细信息构建基块浏览器。在10毫升圆底烧瓶中，将两种硫酮类捐赠者、绝对甲醇和DCM中的干燥石结合起来。然后在室温下搅拌一小时。服用这种混合物的30微升等分，在三次单独的注射中将混合物注入高性能液相色谱中。在基线分离条件下测量供体分子的吸收和浓度之间的系数。在丙烯酸酯中加入0.5摩尔N-碘多西尼米溶液，加入反应混合物，然后加入0.1摩尔三氟甲酸溶液。在室温下搅拌混合物两小时。接下来，用四毫升DCM稀释反应混合物。过滤并洗涤含有10%碳酸氢钠的饱和水化硫化钠的反应。现在用五毫升DCM提取水层三次。将所有有机层混合，用五毫升盐水清洗。然后用大约200毫克无水硫酸镁干燥组合层。轻轻摇动混合物30秒，然后用凹槽滤纸过滤，以去除硫酸镁。然后收集滤物在25毫升圆底烧瓶。使用旋转蒸发器去除溶剂。将残留物溶解在一毫升的DCM中。服用这种混合物的30微升等分，在三次单独的注射中将其注入高性能液相色谱中。在相同的分离条件下，通过 HPLC 测量剩余捐赠者的浓度。测量相对反应性。基于 DR4 的相对反应值，DX1 的相对反应值为 3。基于默认参数设置的 Auto-CHO 搜索结果指示 SSEA-4 可以通过 2 加 1 加三个一锅反应进行合成。选择三糖还原端接受器时，程序会显示查询的四个潜在解决方案。第一个解决方案有一个片段，其计算结果约为 94% 片段可以通过两个构建基块合成。第一个糖基块的 RRV 为 1462，第二个单糖的 RRV 为 32.0。还显示了在单锅反应中使用的第一个建议构建基块的化学结构。单锅实验表明，通过该建议，SSEA-4可以成功地合成43%的产量。SSEA-4 可由 Auto-CHO 建议的三个单位合成。这些单元包括硅酸盐构建基块一、单糖积块二，以及减少端接受器三。对于参数设置，我们建议在开头设置具有更严格条件的参数。对于构建基块库的选择，我们建议首先只搜索实验库。通过这个演示，我们希望更重要的甘油，如肿瘤相关的碳水化合物抗原，可以通过一锅法合成，以进一步研究。按照这个程序，可以合成所有这样的抗原，以设计基于碳水化合物的癌症疫苗。我们也希望人工智能和计算机算法能够促进甘油的自动合成，从而有利于疾病的治疗和预防。

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