Name: hierarchical and programmable one-pot oligosaccharide synthesis
Uploaded: 2019-09-06T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Hierarchical and Programmable One-Pot Oligosaccharide Synthesis at JoVE.com

Dette arbeidet ble støttet av Academia Sinica inkludert Summit program, Ministry of Science and Technology [mest 104-0210-01-09-02, mest 105-0210-01-13-01, MOST 106-0210-01-15-02] og NSF (1664283).

1. Auto-CHO programvare manipulasjon
<ol><li>Java Runtime Environment-installasjonen: Kontroller at Java Runtime Environment (JRE) er installert på enheten. Hvis JRE er installert, går du til neste trinn, "programvare initialisering"; Hvis ikke, Last ned og Installer JRE i henhold til brukerens operativsystem som finnes på: < https://www.Oracle.com/technetwork/Java/javase/Downloads/index.html >.</li>
	<li>Programvare initialisering: gå til Auto-CHO nettsted på < https://sites.google.com/View/Auto-Cho/Home > og las...

<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 programvare ble utviklet for å bistå kjemikere å gå hierarkisk og programmerbare en-pott syntese av oligosaccharides5. Auto-CHO ble bygget av Java programmeringsspråk. Det er en GUI programvare og krysset-plattform, hvilke aktuelle hjelper Vinduer, macOS, og Ubuntu. Programvaren kan lastes ned gratis for Auto-CHO hjemmeside på < https://sites.google.com/View/Auto-Cho/Home >, og kildekoden med MIT-lisensen kan nås fra GitHub på < https://github.com/CW-Wayne/Auto-CHO >.
<p class...

Karbohydrater er allestedsnærværende i natur1,2, men deres tilstedeværelse og virkemåte forblir en ukjent territorium, hovedsakelig på grunn av vanskelig tilgang til denne klassen av molekyler3. I motsetning til automatisert syntese av oligopeptides og oligonukleotider, forblir utviklingen av automatisert syntese av oligosaccharides en formidabel oppgave, og fremgangen har vært relativt langsom.
For å takle dette problemet, utviklet Wong et al. den første automatiserte metoden for syntese av oligosaccharides ved hjelp av en programmerbar programvare som heter Optimer4, som styrer valg av fat oljeekvivalenter per fra et bibliotek med ~ 50 fat oljeekvivalenter per for sekvensiell en-pott Reaksjoner. Hver BBL ble designet og syntetisert med veldefinerte reaktivitet innstilt av ulike beskytte grupper. Ved hjelp av denne tilnærmingen, kompleksiteten i å beskytte manipulasjon og mellomliggende rensing kan minimeres under syntese, som har vært betraktet som de vanskeligste spørsmålene å overvinne i utviklingen av automatisert syntese. Til tross for dette forhånd, er metoden fortsatt ganske begrenset, som antall fat oljeekvivalenter per er for liten og Optimer programmet kan bare håndtere visse små oligosaccharides. For mer komplekse oligosaccharides som krever mer fat oljeekvivalenter per og flere passerer av en-pott reaksjoner og fragment kondens, en oppgradert versjon av programmet, Auto-CHO5, har blitt utviklet.
I Auto-CHO, mer enn 50 000 fat oljeekvivalenter per med definerte reaktivitet til BBL biblioteket har blitt lagt til, inkludert 154 syntetiske og 50 000 virtuelle seg. Disse fat oljeekvivalenter per ble designet av maskinlæring basert på grunnleggende egenskaper, beregnet NMR kjemiske Skift6,7, og molekylære beskrivelser8, som påvirker strukturen og reaktivitet av fat oljeekvivalenter per. Med denne oppgraderte programmet og nye sett med fat oljeekvivalenter per tilgjengelig, syntese kapasitet er utvidet, og som demonstrert, flere oligosaccharides av interesse kan raskt være forberedt. Det antas at denne nye utviklingen vil lette syntesen av oligosaccharides for studiet av sine roller i ulike biologiske prosesser og deres virkninger på strukturer og funksjoner av glykoproteiner og glykolipider. Det er også antatt at dette arbeidet vil gagne glycoscience samfunnet betydelig, gitt at denne metoden er tilgjengelig for forsknings samfunnet gratis. Syntese av de essensielle menneskelige embryonale stilk cellen markør, SSEA-45, er demonstrert i dette arbeidet.

<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

Denne artikkelen presenterer en generell eksperimentell protokoll for programmerbare en-pott Oligosaccharide syntese og demonstrerer hvordan du bruker Auto-CHO programvare for å generere potensielle syntetiske løsninger. Den programmerbare One-Pot Oligosaccharide syntese tilnærming er utformet for å styrke rask Oligosaccharide syntese av store mengder ved hjelp thioglycoside byggeklosser (fat oljeekvivalenter per) med riktig sekvensiell rekkefølge av relative reaktivitet verdier (RRVs). Auto-CHO er en kryssplattform programvare med et grafisk brukergrensesnitt som gir mulige syntetiske løsninger for programmerbare en-pott Oligosaccharide syntese ved å søke en BBL bibliotek (inneholder ca 150 validert og > 50000 virtuelle fat oljeekvivalenter per) med nøyaktig spådd RRVs ved å støtte vektor regresjon. Algoritmen for hierarkisk en-pott syntese er implementert i Auto-CHO og bruker fragmenter generert av en-pott reaksjoner som nye fat oljeekvivalenter per. I tillegg lar Auto-CHO brukere å gi tilbakemelding for virtuelle fat oljeekvivalenter per å holde verdifulle seg for videre bruk. One-Pot syntese av scene-spesifikke embryonale antigen 4 (SSEA-4), som er en pluripotent menneskelig embryonale stilk cellen markør, er demonstrert i dette arbeidet.

Auto-CHO søkeresultat basert på standard parameterinnstillinger indikerer SSEA-4 kan være syntetisert av en [2 + 1 + 3] en-pott reaksjon. Figur 3 viser programvare skjermbilde av SSEA-4 søkeresultat. Når det er valgt en trisakkarid som reduserer slutt Acceptor (Figur 3, etikett 1), viser programmet fire mulige løsninger for spørringen. Den første løsningen har ett fragment (Figur 3, etikett ...

Watch this Scientific Journal Video about Hierarchical and Programmable One-Pot Oligosaccharide Synthesis at JoVE.com

Hierarchical and Programmable One-Pot Oligosaccharide Synthesis

Denne protokollen viser hvordan du bruker Auto-CHO programvare for hierarkiske og programmerbare One-Pot syntese av oligosaccharides. Den beskriver også den generelle fremgangsmåten for RRV fastsettelse eksperimenter og en-pott glykosylering av SSEA-4.

Hierarkisk og programmerbar One-Pot Oligosaccharide syntese

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

Vi demonstrerer hvordan du bruker vår nyutviklede programvare, Auto-CHO, for hierarkisk og programmerbar en-pot oligosaccharide syntese. Auto-CHO inkluderer algoritmer på utvidede byggeklosser, med relative reaktivitetsverdier spådd gjennom maskinlæring. Auto-CHO-programvaren gir en verdifull retningslinje for valg av byggeblokker, og en hierarkisk plan for flere en-pot syntese av mer komplekse glykomaner gjennom fragmentsammensetning.Implikasjonene av denne teknikken strekker seg mot terapi av kreft eller smittsomme sykdommer ved karbohydratbaserte terapeutiske midler. Før du bruker Auto-CHO, må du kontrollere at Java Runtime Environment er installert på en PC eller Mac. Den visuelle demonstrasjonen av Auto-CHO programvaremanipulering og det relaterte reaktivitetsverdibestemmelseseksperimentet vil hjelpe kjemikere med å følge protokollen, og fortsette med eksperimentet raskt.Hvis du vil utføre programvareinitialisering av Java Runtime Environment, går du til Auto-CHO-nettstedet og laster ned programvaren i henhold til operativsystemet. For øyeblikket støtter Auto-CHO Windows, macOS og Ubuntu. Den nyeste PDF-brukerhåndboken er gitt på Auto-CHO-nettstedet.Pakk ut Auto-CHO Windows for Windows-brukere. zip, og dobbeltklikk på Auto-CHO. jar i Auto-CHO Windows-mappen for å starte programmet.Skriv inn ønsket glykolstruktur. Velg å tegne en glykol struktur eller lese en eksisterende strukturfil. For å skrive inn ved tegning, klikk på rediger glykol av GlycanBuilder, eller klikk her for å redigere det syntetiske målet for å tegne og redigere spørringsstrukturen av GlycanBuilder.Koblings- og chirality-informasjon bør ikke ignoreres. Klikk på Globo-H-, SSEA-4- eller OligoLacNAc-knappene for å vise eksemplene. Lukk glykehusdialogen for å fullføre redigeringen.Definer søkeparameterne i kategorien parameterinnstillinger for å få rimelige søkeresultater. Klikk på ok-knappen for å aktivere nye innstillinger. Standardinnstillingen er bare å søke i det eksperimentelle biblioteket.Hvis det er ønskelig å søke i både eksperimentelle og virtuelle biblioteker, velger du den virtuelle byggeblokkbibliotekfanen. Velg bruk eksperimentelle og virtuelle biblioteker, og bruk filtrering for å vise virtuelle byggeklosser med visse kriterier. Eksperimentelle og virtuelle byggeklosser kan arbeide sammen for å forbedre søkeevnen til Auto-CHO.For øyeblikket tilbyr Auto-CHO mer enn 50 000 virtuelle byggeklosser, med spådde RRVer i biblioteket. Sjekk en eller flere ønskede virtuelle byggeblokker som brukeren ønsker å bruke til søk. Klikk på knappen Vis valgte virtuelle byggeblokker for å vise bare de valgte virtuelle byggesteinene.Klikk på knappen Vis filtrerte virtuelle byggeblokker for å vise bare virtuelle byggeklosser med visse kriterier definert av brukeren. Klikk på vis alle virtuelle byggeklosser knappen for å vise alle tilgjengelige virtuelle byggeklosser, og tilbakestille filteret. Velg kategorien spørringsstruktur, og klikk på knappen for å søke i byggeblokkbiblioteket for å finne syntetiske løsninger med én pott for spørringsstrukturen.Bekreft deretter parameterinnstillingene. Søk i resultatviseren. Søkeresultatet vises i kategorien resultatvisualisering.De reduserende slutt godtar av forskjellige restnumre vises i kolonnen for å redusere slutt godtar. Deretter velger du en reduksjon av slutt godtar. Løsninger vises på den syntetiske løsningslisten.Fragmenter vises i fragmentlisten for å foreslå hvor mange fragmenter som skal brukes i syntesen. Systemet gir detaljert informasjon om hvert fragment, inkludert RRV av fragmentet, beregningsutbytte, samt hvilken beskyttende gruppe som skal debeskyttes for bruk av fragmentet i en-pot-reaksjonen. Byggeblokkene som brukes til å montere det valgte fragmentet og fragmenttilkoblingsinformasjonen, vises også.For eksperimentelle byggeklosser, vis og sjekk kjemiske strukturer av de valgte byggesteinene i den kjemiske strukturen i byggeblokkregionen, og se den detaljerte informasjonsbyggeblokknettleseren. I en 10-milliliter rund bunnkolbe kombinerer du de to tioglykosidedonorene, absolutt metanol og tørrere i DCM. Rør deretter ved romtemperatur i en time.Ta en 30-mikroliter aliquot av denne blandingen og injiser blandingen i høy ytelse flytende kromatografi i tre separate injeksjoner. Mål koeffisienten mellom absorpsjon og konsentrasjon av donormolekylet under baseline separasjonsforhold. Tilsett en løsning på 0,5 molar N-Iodosuccinimide i acetonitril i reaksjonsblandingen, etterfulgt av tilsetning av en 0,1 molar trifluorometanesulfonic acid løsning.Rør blandingen ved romtemperatur i to timer. Deretter fortynner reaksjonsblandingen med fire milliliter DCM. Filtrer og vask reaksjonen med mettet vandig natriumtosulfat, som inneholder 10% natriumhydrogenkarbonat.Nå trekke ut vandig lag tre ganger med fem milliliter dcm. Kombiner alle organiske lag, og vask med fem milliliter saltlake. Tørk deretter de kombinerte lagene med ca. 200 milligram vannfri magnesiumsulfat.Rist blandingen mildt i 30 sekunder, og filtrer den gjennom en trakt med et riflet filterpapir for å fjerne magnesiumsulfatet. Samle deretter filtratet i en 25-milliliter rund bunnkolbe. Fjern oppløsningsvæsken ved hjelp av en roterende fordamper.Oppløs rester i en milliliter DCM. Ta en 30-mikroliter aliquot av denne blandingen, og injiser den i høy ytelse flytende kromatografi i tre separate injeksjoner. Mål konsentrasjonene til de gjenværende donorene av HPLC, under de samme separasjonsforholdene.Mål den relative reaktiviteten. Basert på den relative reaktivitetsverdien for DR4, er den relative reaktivitetsverdien for DX1 tre. Auto-CHO-søkeresultatet basert på standard parameterinnstillinger indikerer at SSEA-4 kan syntetiseres med en to pluss en pluss tre en-pot reaksjon.Når en trisakkaridreduserende slutt godtar er valgt, viser programmet fire potensielle løsninger for spørringen. Den første løsningen har ett fragment, og den beregnede avkastningen er ca 94%Fragmentet kan syntetiseres av to byggeklosser. RRV av den første disakkarid byggesteinen er 1462, og RRV av den andre monosakkarid er 32,0.Den kjemiske strukturen til den første foreslåtte byggeblokken som brukes i en-pot-reaksjonen, vises også. One-pot eksperimentet viser at SSEA-4 kan syntetiseres i 43% avkastning av dette forslaget. SSEA-4 kan syntetiseres av tre enheter foreslått av Auto-CHO.Disse enhetene inkluderer silele disakkarid byggeblokk en, monosakkarid byggeblokk to, og redusere ende akseptor tre. For parameterinnstillinger foreslår vi å angi parametere med strengere kriterier i begynnelsen. For valg av byggeblokkbiblioteket foreslår vi å søke i det eksperimentelle biblioteket først.Gjennom denne demonstrasjonen håper vi at viktigere glykomaner, som tumorrelaterte karbohydratantigener, kan syntetiseres av en-pot-tilnærmingen for videre studier. Etter denne prosedyren kan syntese av alle slike antigener utføres for å designe karbohydratbaserte kreftvaksiner. Vi håper også at kunstig intelligens og dataalgoritmer kan legge til rette for automatisert glykosyntese til fordel for sykdomsbehandling og forebygging.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks

Syntese og karakterisering av funksjon Metal-organisk Rammeverk

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and ...

Synthesis and Reaction Chemistry of Nanosize Monosodium Titanate

Syntese og reaksjon Kjemi til nanosize Monosodium titanate

This paper describes the synthesis and peroxide-modification of nanosize monosodium titanate (nMST), along with an ion-exchange reaction to load the ...

Synthesis of Programmable Main-chain Liquid-crystalline Elastomers Using a Two-stage Thiol-acrylate Reaction

Syntese av Programmerbar Hoved-kjeden Flytende-krystallinske Elastomers bruke et to-trinns Tiol-akrylat Reaction

This study presents a novel two-stage thiol-acrylate Michael addition-photopolymerization (TAMAP) reaction to prepare main-chain liquid-crystalline ...

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

Syntese og karakterisering av supra Colloids

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical ...

Synthesis of Hierarchical ZnO/CdSSe Heterostructure Nanotrees

Syntese av hierarkisk ZnO / CdSSe hetrostruktur Nanotrees

A two-step chemical vapor deposition procedure is here employed to prepare tree-like hierarchical ZnO/CdSSe hetero-nanostructures. The structures are ...

One-pot Microwave-assisted Conversion of Anomeric Nitrate-esters to Trichloroacetimidates

One-pot mikrobølgeovn-assistert konvertering av Anomeric nitrat-estere til Trichloroacetimidates

The goal of the following procedure is to provide a demonstration of the one-pot conversion of a 2-azido-1-nitrate-ester to a trichloroacetimidate ...

Synthesis and Mass Spectrometry Analysis of Oligo-peptoids

Syntese og massespektrometri analyse av Oligo-peptoids

Peptoids are sequence-controlled peptide-mimicking oligomers consisting of N-alkylated glycine units. Among many potential applications, peptoids have ...

Synthesis of Substrate-Bound Au Nanowires Via an Active Surface Growth Mechanism

Syntese av underlaget-bundet Au Nanowires Via en aktiv overflate vekst mekanisme

Advancing synthetic capabilities is important for the development of nanoscience and nanotechnology. The synthesis of nanowires has always been a ...

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Syntese og karakterisering av Amfifile Gold nanopartikler

Gold nanoparticles covered with a mixture of 1-octanethiol (OT) and 11-mercapto-1-undecane sulfonic acid (MUS) have been extensively studied because of ...

Versatile CO2 Transformations into Complex Products: A One-pot Two-step Strategy

Versatile CO2 Transformations into Complex Products: A One-pot Two-step Strategy

Allsidig CO2 transformasjoner i komplekse produkter: A One-Pot to-trinns strategi

CO2 transformations using a one-pot two-step method are presented herein. The purpose of the method is to give access to a variety of value-added products ...