Name: hierarchical and programmable one-pot oligosaccharide synthesis
Uploaded: 2019-09-06T13:00:00
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Ce travail a été appuyé par l'Academia Sinica, y compris le Programme du Sommet, le ministère des Sciences et de la Technologie [MOST 104-0210-01-09-02, MOST 105-0210-01-13-01, MOST 106-0210-01-15-02] et NSF (1664283).

1. Manipulation logicielle Auto-CHO
<ol><li>Installation Java Runtime Environment : assurez-vous que l'environnement De course Java (JRE) a été installé dans l'appareil. Si JRE a été installé, passez à l'étape suivante, « initialisation logicielle »; sinon, téléchargez et installez JRE selon le système d'exploitation de l'utilisateur à l'adresse suivante : https://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html.gt;.</li>
	<li>Initialisation du logiciel: aller sur le site Auto-CHO à l'un(https...

<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>

Le logiciel Auto-CHO a été développé pour aider les chimistes à procéder à la synthèse hiérarchique et programmable d'oligosaccharides5. Auto-CHO a été construit par le langage de programmation Java. Il s'agit d'un logiciel GUI et multi-plateforme, qui prend actuellement en charge Windows, macOS, et Ubuntu. Le logiciel peut être téléchargé gratuitement pour le site Web auto-CHO à l'adresse suivante : https://sites.google.com/view/auto-cho/home-gt;, et son code source avec licence M...

Les glucides sont omniprésents dans la nature1,2, mais leur présence et leur mode d'action restent un territoire inexploré, principalement en raison de l'accès difficile à cette classe de molécules3. Contrairement à la synthèse automatisée des oligopeptides et des oligonucléotides, le développement de la synthèse automatisée des oligosaccharides reste une tâche formidable, et les progrès ont été relativement lents.
Pour s'attaquer à ce problème, Wong et coll. ont mis au point la première méthode automatisée de synthèse des oligosaccharides à l'aide d'un logiciel programmable appelé Optimer4, qui guide la sélection des BBL à partir d'une bibliothèque de 50 BBL pour un pot séquentiel Réactions. Chaque BBL a été conçu et synthétisé avec une réactivité bien définie accordée par divers groupes de protection. Grâce à cette approche, les complexités de la protection de la manipulation et de la purification intermédiaire peuvent être réduites au minimum lors de la synthèse, qui ont été considérées comme les questions les plus difficiles à surmonter dans le développement de la synthèse automatisée. Malgré cette avancée, la méthode est encore assez limitée, car le nombre de BBL est trop petit et le programme Optimer ne peut gérer que certains petits oligosaccharides. Pour les oligosaccharides plus complexes qui nécessitent plus de BBLs et plusieurs passes de réactions d'un pot et de condensation fragmentaire, une version améliorée du logiciel, Auto-CHO5, a été développé.
Dans Auto-CHO, plus de 50 000 BBL avec une réactivité définie à la bibliothèque BBL ont été ajoutées, dont 154 synthétiques et 50 000 virtuels. Ces BBLs ont été conçus par l'apprentissage automatique basé sur des propriétés de base, les décalages chimiques calculés de RMN6,7, et les descripteurs moléculaires8, qui affectent la structure et la réactivité des BBLs. Avec ce programme amélioré et un nouvel ensemble de BBL disponibles, la capacité de synthèse est augmentée, et comme démontré, plusieurs oligosaccharides d'intérêt peuvent être rapidement préparés. On croit que ce nouveau développement facilitera la synthèse des oligosaccharides pour l'étude de leurs rôles dans divers processus biologiques et de leurs impacts sur les structures et les fonctions des glycoprotéines et des glycolipides. On pense également que ce travail profitera considérablement à la communauté des glycosciences, étant donné que cette méthode est disponible gratuitement pour la communauté de la recherche. La synthèse du marqueur humain essentiel de cellules souches embryonnaires, SSEA-45, est démontrée dans ce travail.

<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

Cet article présente un protocole expérimental général pour la synthèse programmable d'oligosaccharide d'un pot et démontre comment utiliser le logiciel Auto-CHO pour générer des solutions synthétiques potentielles. L'approche programmable de synthèse d'oligosaccharide d'un pot est conçue pour permettre la synthèse rapide d'oligosaccharide de grandes quantités utilisant des blocs de construction de thioglycoside (BBLs) avec l'ordre séquential approprié des valeurs relatives de réactivité (RRV). Auto-CHO est un logiciel multiplateforme avec une interface utilisateur graphique qui fournit des solutions synthétiques possibles pour la synthèse programmable d'oligosaccharide d'un pot en recherchant une bibliothèque BBL (contenant environ 150 BBL validés et 50 000 BBL virtuels) avec régression des vIV par le soutien de la régression vectorielle. L'algorithme de synthèse hiérarchique d'un pot a été implémenté dans Auto-CHO et utilise des fragments générés par des réactions d'un pot comme nouveaux BBLs. En outre, Auto-CHO permet aux utilisateurs de donner des commentaires pour les BBL virtuels pour garder ceux de valeur pour une utilisation ultérieure. La synthèse d'un pot de l'antigène embryonnaire 4 (SSEA-4), qui est un marqueur embryonnaire pluripotent de cellules souches embryonnaires, est démontrée dans ce travail.

Le résultat de recherche Auto-CHO basé sur les paramètres par défaut indique que SSEA-4 peut être synthétisé par une réaction d'un pot [2 à 1 3]. La figure 3 montre la capture d'écran logicielle du résultat de recherche SSEA-4. Lorsqu'un accepteur final de réduction du trisaccharide est sélectionné(figure 3, étiquette 1), le programme présente quatre solutions potentielles pour la requête. La première solution a...

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Hierarchical and Programmable One-Pot Oligosaccharide Synthesis

Ce protocole montre comment utiliser le logiciel Auto-CHO pour la synthèse hiérarchique et programmable d'oligosaccharides. Il décrit également la procédure générale pour les expériences de détermination RRV et la glycosylation d'un pot de SSEA-4.

Synthèse hiérarchique et programmable d'oligosaccharide d'un pot

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

Nous démontrons comment utiliser notre logiciel nouvellement développé, Auto-CHO, pour la synthèse hiérarchique et programmable d’oligosaccharide d’un pot. Auto-CHO inclut des algorithmes sur des blocs de construction élargis, avec des valeurs de réactivité relative prédites par l’apprentissage automatique. Le logiciel Auto-CHO fournit une ligne directrice précieuse pour la sélection des blocs de construction, et un plan hiérarchique pour la synthèse multiple d’un pot de glycans plus complexes par la composition des fragments.Les implications de cette technique s’étendent à la thérapie des cancers ou des maladies infectieuses par les thérapeutiques à base de glucides. Avant d’utiliser Auto-CHO, assurez-vous que l’environnement Java Runtime a été installé dans un PC ou un Mac. La démonstration visuelle de la manipulation du logiciel Auto-CHO et l’expérience connexe de détermination de la valeur de réactivité aideront les chimistes à suivre le protocole et à poursuivre l’expérience rapidement.Pour effectuer l’initialisation logicielle de l’environnement Java Runtime, rendez-vous sur le site Auto-CHO et téléchargez le logiciel selon le système d’exploitation. Actuellement, Auto-CHO prend en charge Windows, macOS et Ubuntu. Le dernier guide d’utilisation PDF est fourni sur le site Auto-CHO.Pour les utilisateurs de Windows, dézidez les fenêtres Auto-CHO. zip, et double clic sur Auto-CHO. pot dans le dossier Auto-CHO Windows pour démarrer le programme.Entrez la structure glycan désirée. Choisissez de dessiner une structure glycan ou de lire un fichier de structure existant. Pour entrer en dessinant, cliquez sur modifier glycan par GlycanBuilder, ou la zone de cliquez ici pour modifier la cible synthétique pour dessiner et modifier la structure de requête par GlycanBuilder.L’information sur le lien et la gazouillité ne doit pas être ignorée. Cliquez sur les boutons Globo-H, SSEA-4 ou OligoLacNAc pour afficher les exemples. Fermez le dialogue GlycanBuilder pour terminer l’édition.Définissez les paramètres de recherche dans l’onglet paramètres pour obtenir des résultats de recherche raisonnables. Cliquez sur le bouton correct pour activer de nouveaux paramètres. Le paramètre par défaut est de rechercher uniquement dans la bibliothèque expérimentale.S’il est souhaité de rechercher à la fois les bibliothèques expérimentales et virtuelles, sélectionnez l’onglet bibliothèque de blocs de construction virtuels. Sélectionnez utiliser des bibliothèques expérimentales et virtuelles, et appliquer le filtrage pour afficher des blocs de construction virtuels avec certains critères. Les blocs de construction expérimentaux et virtuels peuvent travailler ensemble pour améliorer la capacité de recherche d’Auto-CHO.Actuellement, Auto-CHO fournit plus de 50 000 blocs de construction virtuels, avec des VRR prévus dans la bibliothèque. Vérifiez un ou plusieurs blocs de construction virtuels désirés que l’utilisateur aimerait utiliser pour la recherche. Cliquez sur le bouton des blocs de construction virtuels sélectionnés pour afficher uniquement les blocs de construction virtuels sélectionnés.Cliquez sur le bouton des blocs de construction virtuels filtrés pour afficher uniquement les blocs de construction virtuels avec certains critères définis par l’utilisateur. Cliquez sur le bouton afficher tous les blocs de construction virtuels pour afficher tous les blocs de construction virtuels disponibles et réinitialiser le filtre. Sélectionnez l’onglet structure de requête et cliquez sur le bouton bibliothèque du bloc de construction de recherche pour trouver les solutions synthétiques d’un pot pour la structure de requête.Ensuite, confirmez les paramètres. Recherchez la visionneuse de résultats. Le résultat de recherche est affiché dans l’onglet visualisation des résultats.Les accepteurs finaux réducteurs de différents nombres de résidus sont affichés dans la colonne d’accepteur final réductrice. Ensuite, sélectionnez un accepteur final réducteur. Les solutions sont affichées sur la liste des solutions synthétiques.Des fragments sont montrés dans la liste des fragments pour suggérer combien de fragments doivent être utilisés dans la synthèse. Le système fournit des informations détaillées sur chaque fragment, y compris le RRV du fragment, le rendement informatique, ainsi que sur le groupe protecteur qui doit être protégé pour l’utilisation du fragment dans la réaction d’un pot. Les blocs de construction utilisés pour assembler le fragment sélectionné et les informations de connexion fragmentaire sont également affichés.Pour les blocs de construction expérimentaux, visualisez et vérifiez les structures chimiques des blocs de construction sélectionnés dans la structure chimique de la région des blocs de construction, et consultez le navigateur détaillé des blocs d’information. Dans un flacon inférieur rond de 10 millilitres, combinez les deux donneurs de thioglycoside, le méthanol absolu, et la séchrite dans DCM. Remuer ensuite à température ambiante pendant une heure.Prenez un aliquot de 30 microlitres de ce mélange et injectez le mélange dans la chromatographie liquide haute performance en trois injections distinctes. Mesurer le coefficient entre l’absorption et la concentration de la molécule donneuse dans les conditions de séparation de base. Ajouter une solution de 0,5 molaire N-Iodosuccinimide dans l’acéonitrile dans le mélange de réaction, suivie de l’ajout d’une solution d’acide trifluorométhane trifluoromésulfonique molaire de 0,1.Remuer le mélange à température ambiante pendant deux heures. Ensuite, diluer le mélange de réaction avec quatre millilitres de DCM. Filtrer et laver la réaction avec du thiosulfate de sodium aqueux saturé, contenant 10 % de carbonate d’hydrogène de sodium.Maintenant, extraire la couche aqueuse trois fois avec cinq millilitres de DCM. Mélanger toutes les couches organiques et laver avec cinq millilitres de saumure. Séchez ensuite les couches combinées avec environ 200 milligrammes de sulfate de magnésium anhydre.Secouez légèrement le mélange pendant 30 secondes et filtrez-le à travers un entonnoir avec un papier filtre cannelé afin d’enlever le sulfate de magnésium. Puis recueillir le filtrate dans un flacon de fond rond de 25 millilitres. Retirer le solvant à l’aide d’un évaporateur rotatif.Dissoudre les résidus dans un millilitre de DCM. Prenez un aliquot de 30 microlitres de ce mélange, et injectez-le dans la chromatographie liquide haute performance dans trois injections distinctes. Mesurer les concentrations des donneurs restants par HPLC, dans les mêmes conditions de séparation.Mesurer la réactivité relative. D’après la valeur relative de réactivité du DR4, la valeur relative de réactivité du DX1 est de trois. Le résultat de recherche Auto-CHO basé sur les paramètres par défaut indique que SSEA-4 peut être synthétisé par une réaction de deux plus un plus trois un pot.Lorsqu’un accepteur final réducteur de trisaccharide est sélectionné, le programme affiche quatre solutions potentielles pour la requête. La première solution a un fragment, et son rendement calculé est d’environ 94%Le fragment peut être synthétisé par deux blocs de construction. Le RRV du premier bloc de construction disaccharide est 1462, et le RRV du deuxième monosaccharide est 32.0.La structure chimique du premier bloc de construction suggéré utilisé dans la réaction d’un pot est également montrée. L’expérience d’un pot montre que SSEA-4 peut être synthétisé avec succès dans le rendement de 43% par cette suggestion. SSEA-4 peut être synthétisé par trois unités suggérées par Auto-CHO.Ces unités comprennent silele disaccharide bloc de construction un, bloc de construction monosaccharide deux, et la réduction de l’accepteur final trois. Pour les paramètres, nous vous suggérons de définir des paramètres avec des critères plus stricts au début. Pour le choix de la bibliothèque de bloc de construction, nous suggérons de rechercher la bibliothèque expérimentale seulement au début.Grâce à cette démonstration, nous espérons que des glycanes plus importants, tels que les antigènes de glucides associés à la tumeur, peuvent être synthétisés par l’approche d’un pot pour d’autres études. Après cette procédure, la synthèse de tous ces antigènes peut être effectuée afin de concevoir des vaccins anticancéraux à base de glucides. Nous espérons également que l’intelligence artificielle et les algorithmes informatiques peuvent faciliter la synthèse automatisée du glycan au profit du traitement et de la prévention des maladies.

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