Name: hierarchical and programmable one-pot oligosaccharide synthesis
Uploaded: 2019-09-06T13:00:00
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Questo lavoro è stato sostenuto da Academia Sinica, tra cui il Summit Program, Ministry of Science and Technology [MOST 104-0210-01-09-02, MOST 105-0210-01-13-01, MOST 106-0210-01-15-02], e NSF (1664283).

1. Manipolazione del software Auto-CHO
<ol><li>Installazione di Java Runtime Environment: assicurati che Java Runtime Environment (JRE) sia stato installato nel dispositivo. Se JRE è stato installato, andare al passaggio successivo, "inizializzazione del software"; in caso contrario, scaricare e installare JRE in base al sistema operativo dell'utente disponibile all'indirizzo: <https://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html>.</li>
	<li>Inizializzazione del software: accedere al sito Web Auto-CHO a...

<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>

Il software Auto-CHO è stato sviluppato per aiutare i chimici a procedere gerarchica e programmabile sintesi one-pot di oligosaccharides5. Auto-CHO è stato costruito da linguaggio di programmazione Java. Si tratta di un software GUI e multipiattaforma, che attualmente supporta Windows, macOS e Ubuntu. Il software può essere scaricato gratuitamente per il sito Auto-CHO all'indirizzo <https://sites.google.com/view/auto-cho/home> e il suo codice sorgente con licenza MIT è accessibile da GitHub al...

I carboidrati sono onnipresenti in natura1,2, ma la loro presenza e modalità di azione rimangono un territorio inesplorato, principalmente a causa del difficile accesso a questa classe di molecole3. A differenza della sintesi automatizzata di oligopeptidi e oligonucleotidi, lo sviluppo della sintesi automatizzata degli oligosaccaridi rimane un compito formidabile e i progressi sono stati relativamente lenti.
Per affrontare questo problema, Wong et al. ha sviluppato il primo metodo automatizzato per la sintesi di oligosaccarides utilizzando un programma software programmabile chiamato Optimer4, che guida la selezione di BBL da una libreria di 50 BBL per un monopiatto sequenziale Reazioni. Ogni BBL è stato progettato e sintetizzato con reattività ben definita sintonizzata da vari gruppi di protezione. Utilizzando questo approccio, le complessità di protezione della manipolazione e della purificazione intermedia possono essere ridotte al minimo durante la sintesi, che sono state considerate le questioni più difficili da superare nello sviluppo della sintesi automatizzata. Nonostante questo progresso, il metodo è ancora abbastanza limitato, come il numero di BBL è troppo piccolo e il programma Optimer in grado di gestire solo alcuni piccoli oligosaccharides. Per oligosaccharides più complessi che richiedono più BBL e passaggi multipli di reazioni one-pot e condensa di frammenti, è stata sviluppata una versione aggiornata del programma software, Auto-CHO5.
In Auto-CHO, sono stati aggiunti più di 50.000 BBL con reattività definita nella libreria BBL, tra cui 154 sintetici e 50.000 virtuali. Questi BBL sono stati progettati dall'apprendimento automatico sulla base di proprietà di base, spostamenti chimici NMR calcolati6,7, e descrittori molecolari8, che influenzano la struttura e la reattività dei BBL. Con questo programma aggiornato e un nuovo set di BBL disponibili, la capacità di sintesi viene espansa e, come dimostrato, diversi oligosaccharidi di interesse possono essere rapidamente preparati. Si ritiene che questo nuovo sviluppo faciliterà la sintesi di oligosaccharides per lo studio dei loro ruoli in vari processi biologici e il loro impatto sulle strutture e le funzioni di glicoproteine e glicolididi. Si pensa anche che questo lavoro andrà a beneficio della comunità della glicoscience in modo significativo, dato che questo metodo è a disposizione della comunità di ricerca gratuitamente. La sintesi del marcatore essenziale di cellule staminali embrionali umane, SSEA-45, è dimostrata in questo lavoro.

<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

Questo articolo presenta un protocollo sperimentale generale per la sintesi programmabile di oligosaccharide e dimostra come utilizzare il software Auto-CHO per generare potenziali soluzioni sintetiche. L'approccio programmabile di sintesi di oligosaccharide è progettato per potenziare la sintesi rapida di oligosaccharide di grandi quantità utilizzando blocchi costitutivi del tioglicoside (BBL) con l'ordine sequenziale appropriato dei valori di reattività relativi (RRV). Auto-CHO è un software multipiattaforma con un'interfaccia utente grafica che fornisce possibili soluzioni sintetiche per la sintesi programmabile di oligosaccharide monopot ricercando una libreria BBL (contenente circa 150 bbL convalidate e >50.000 BBL virtuali) con RRV stimati con precisione per regressione vettoriale di supporto. L'algoritmo per la sintesi gerarchica di un piatto è stato implementato in Auto-CHO e utilizza frammenti generati da reazioni one-pot come nuovi BBL. Inoltre, Auto-CHO consente agli utenti di fornire feedback per bbL virtuali per mantenere quelli preziosi per un ulteriore utilizzo. In questo lavoro viene dimostrata la sintesi one-pot dell'antigene embrionale 4 (SSEA-4), che è un pennarello flessibile di cellule staminali embrionali umane, in questo lavoro.

Il risultato della ricerca Auto-CHO in base alle impostazioni dei parametri di default indica che SSEA-4 può essere sintetizzato da una reazione un pot [2 x 1 x 3]. Figura 3 Mostra lo screenshot del software del risultato di ricerca SSEA-4. Quando viene selezionato un tipo di fine riduzione trisaccore (Figura 3, etichetta 1), il programma mostra quattro possibili soluzioni per la query. La prima soluzione ha un frammento (<stron...

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Hierarchical and Programmable One-Pot Oligosaccharide Synthesis

Questo protocollo dimostra come utilizzare il software Auto-CHO per la sintesi gerarchica e programmabile di oligosaccharides. Descrive anche la procedura generale per gli esperimenti di determinazione RRV e la glicosilazione di SSEA-4.

Sintesi gerarchica e programmabile di Oligosaccaride

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

Dimostriamo come utilizzare il nostro software di nuova sviluppo, Auto-CHO, per la sintesi gerarchica e programmabile di oligosaccaridi one-pot. Auto-CHO include algoritmi su blocchi predefiniti espansi, con valori di reattività relativi previsti attraverso l'apprendimento automatico. Il software Auto-CHO fornisce una preziosa linea guida per la selezione dei blocchi di costruzione e un progetto gerarchico per la sintesi multipla di un vaso di glicani più complessi attraverso la composizione dei frammenti.Le implicazioni di questa tecnica si estendono verso la terapia di tumori o malattie infettive da parte di terapie a base di carboidrati. Prima di usare Auto-CHO, assicurati che Java Runtime Environment sia stato installato in un PC o mac. La dimostrazione visiva della manipolazione del software Auto-CHO e il relativo esperimento di determinazione del valore di reattività aiuteranno i chimici a seguire il protocollo e a procedere rapidamente con l'esperimento.Per eseguire l'inizializzazione software di Java Runtime Environment, visitare il sito Web Auto-CHO e scaricare il software in base al sistema operativo. Attualmente, Auto-CHO supporta Windows, macOS e Ubuntu. L'ultima guida per l'utente PDF è disponibile sul sito Web Auto-CHO.Per gli utenti Windows, decomprimere il Windows Auto-CHO. zip e fare doppio clic su Auto-CHO. nella cartella Auto-CHO di Windows per avviare il programma.Inserire la struttura glica desiderata. Scegliere di disegnare una struttura glica o leggere un file di struttura esistente. Per inserire disegnando, fare clic su modifica glica di GlycanBuilder, o l'area di clic qui per modificare la destinazione sintetica per disegnare e modificare la struttura di query di GlycanBuilder.Le informazioni sul collegamento e sulla chiralità non devono essere ignorate. Fare clic sui pulsanti Globo-H, SSEA-4 o OligoLacNAc per visualizzare gli esempi. Chiudere il dialogo GlycanBuilder per completare la modifica.Definire i parametri di ricerca nella scheda impostazioni parametro per ottenere risultati di ricerca ragionevoli. Clicca sul pulsante ok per abilitare nuove impostazioni. L'impostazione predefinita è solo per la ricerca nella libreria sperimentale.Se si desidera eseguire ricerche sia nelle librerie sperimentali che virtuali, selezionare la scheda libreria di blocchi edifici virtuali. Selezionare Usa librerie sperimentali e virtuali e applicare il filtro per visualizzare blocchi predefiniti virtuali con determinati criteri. Elementi costitutivi sperimentali e virtuali possono lavorare insieme per migliorare la capacità di ricerca di Auto-CHO.Attualmente, Auto-CHO fornisce più di 50.000 blocchi predefiniti virtuali, conrrv previsti nella libreria. Controllare uno o più blocchi predefiniti virtuali desiderati che l'utente desidera utilizzare per la ricerca. Fare clic sul pulsante mostra blocchi predefiniti virtuali selezionati per visualizzare solo i blocchi predefiniti virtuali selezionati.Fare clic sul pulsante Mostra blocchi predefiniti virtuali filtrati per visualizzare solo i blocchi predefiniti virtuali con determinati criteri definiti dall'utente. Fare clic sul pulsante mostra tutti i blocchi predefiniti virtuali per visualizzare tutti i blocchi predefiniti virtuali disponibili e reimpostare il filtro. Selezionare la scheda struttura query e fare clic sul pulsante della raccolta blocchi predefinito di ricerca per trovare le soluzioni sintetiche one-pot per la struttura di query.Confermare quindi le impostazioni dei parametri. Eseguire una ricerca nel visualizzatore dei risultati. Il risultato della ricerca viene visualizzato nella scheda visualizzazione dei risultati.Gli accettori finali riducenti di diversi numeri di residui vengono visualizzati nella colonna dell'accettore finale riducente. Selezionare quindi un accettore finale riducente. Le soluzioni vengono visualizzate nell'elenco delle soluzioni sintetiche.I frammenti sono mostrati nell'elenco dei frammenti per suggerire quanti frammenti dovrebbero essere usati nella sintesi. Il sistema fornisce informazioni dettagliate su ogni frammento, incluso l'RRV del frammento, la resa computazionale, così come quale gruppo protettivo dovrebbe essere deprotetto per l'uso del frammento nella reazione di un vaso. Vengono visualizzati anche i blocchi predefiniti utilizzati per assemblare il frammento selezionato e le informazioni sulla connessione del frammento.Per gli elementi costitutivi sperimentali, visualizzare e controllare le strutture chimiche degli elementi costitutivi selezionati nella struttura chimica della regione del blocco predefinito e vedere il browser dettagliato dei blocchi predefiniti delle informazioni. In un pallone inferiore rotondo da 10 millilitri, unire i due donatori di tioglicoside, metanolo assoluto e drierite in DCM. Quindi mescolare a temperatura ambiente per un'ora.Prendere un'aliquota di 30 microliter di questa miscela e iniettare la miscela in cromatografia liquida ad alte prestazioni in tre iniezioni separate. Misurare il coefficiente tra l'assorbimento e la concentrazione della molecola donatrice nelle condizioni di separazione di base. Aggiungere una soluzione di N-Iodosuccinimide molare 0,5 nell'acetonitrile nella miscela di reazione, seguita dall'aggiunta di una soluzione di acido trifluorometanolfonico molare 0,1.Mescolare la miscela a temperatura ambiente per due ore. Successivamente, diluire la miscela di reazione con quattro millilitri di DCM. Filtrare e lavare la reazione con tiosolfato di sodio acquoso saturo, contenente carbonato di idrogeno al 10%.Ora estrarre lo strato acquoso tre volte con cinque millilitri di DCM. Unire tutti gli strati organici e lavare con cinque millilitri di salamoia. Quindi asciugare gli strati combinati con circa 200 milligrammi di solfato di magnesio anidro.Agitare leggermente la miscela per 30 secondi e filtrarla attraverso un imbuto con una carta filtrante scanalata per rimuovere il solfato di magnesio. Quindi raccogliere il filtrato in un pallone inferiore rotondo da 25 millilitri. Rimuovere il solvente, utilizzando un evaporatore rotante.Sciogliere il residuo in un millilitro di DCM. Prendere un'aliquota di 30 microliter di questa miscela e iniettarla nella cromatografia liquida ad alte prestazioni in tre iniezioni separate. Misurare le concentrazioni dei donatori rimanenti da parte dell'HPLC, nelle stesse condizioni di separazione.Misurare la reattività relativa. In base al valore relativo di reattività di DR4, il valore relativo di reattività di DX1 è tre. Il risultato della ricerca Auto-CHO basato sulle impostazioni predefinite dei parametri indica che SSEA-4 può essere sintetizzato da una reazione di due più uno più tre un-pot.Quando è selezionato un accettore finale che riduce il trisaccharide, vengono mostrate quattro potenziali soluzioni per la query. La prima soluzione ha un frammento e la sua resa calcolata è di circa il 94%Il frammento può essere sintetizzato da due blocchi predefiniti. L'RRV del primo blocco predefinito disaccaride è 1462, e l'RRV del secondo monosaccaride è 32.0.Viene mostrata anche la struttura chimica del primo blocco predefinito suggerito utilizzato nella reazione a un vaso. L'esperimento one-pot mostra che SSEA-4 può essere sintetizzato correttamente con una resa del 43% da questo suggerimento. SSEA-4 può essere sintetizzato da tre unità suggerite da Auto-CHO.Queste unità includono il blocco predefinito disaccaride silele uno, il blocco predefinito monosaccaride due e la riduzione dell'accettore finale tre. Per le impostazioni dei parametri, si consiglia di impostare parametri con criteri più rigorosi all'inizio. Per la selezione della libreria dei blocchi di costruzione, si consiglia di cercare la libreria sperimentale solo all'inizio.Attraverso questa dimostrazione, speriamo che i glicani più importanti, come gli antigeni di carboidrati associati al tumore, possano essere sintetizzati dall'approccio one-pot per ulteriori studi. Seguendo questa procedura, la sintesi di tutti questi antigeni può essere eseguita al fine di progettare vaccini contro il cancro a base di carboidrati. Speriamo anche che l'intelligenza artificiale e gli algoritmi informatici possano facilitare la sintesi glica automatizzata a beneficio del trattamento e della prevenzione delle malattie.

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