Name: hierarchical and programmable one-pot oligosaccharide synthesis
Uploaded: 2019-09-06T13:00:00
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Este trabalho foi apoiado pela Academia Sinica, incluindo o programa Summit, Ministério da ciência e tecnologia [MOST 104-0210-01-09-02, MOST 105-0210-01-13-01, MOST 106-0210-01-15-02], e NSF (1664283).

1. auto-CHO manipulação de software
<ol><li>Instalação do Java Runtime Environment: Certifique-se de que o Java Runtime Environment (JRE) foi instalado no dispositivo. Se o JRE tiver sido instalado, vá para a próxima etapa, "inicialização do software"; caso contrário, baixe e instale o JRE de acordo com o sistema operacional do usuário encontrado em: < https://www.Oracle.com/technetwork/Java/javase/downloads/index.html >.</li>
	<li>Inicialização do software: acesse o site do auto-CHO em < https://sites.goog...

<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>

O software auto-CHO foi desenvolvido para auxiliar os químicos a prosseguir a síntese hierárquica e programável de um pote de oligossacarídeos5. Auto-CHO foi construído pela linguagem de programação Java. É um software GUI e multi-plataforma, que atualmente suporta Windows, macOS e Ubuntu. O software pode ser baixado gratuitamente para o site da auto-CHO em < https://sites.google.com/View/auto-Cho/Home >, e seu código-fonte com licença MIT pode ser acessado a partir do GitHub em < https...

Os carboidratos são onipresentes na natureza1,2, massua presença e modo de ação permanecem um territóriodesconhecido, principalmentedevido ao difícil acesso a essa classe de moléculas3. Diferentemente da síntese automatizada de oligopeptídeos e oligonucleotídeos, o desenvolvimento da síntese automatizada de oligossacarídeos continua sendo uma tarefa formidável, e o progresso tem sido relativamente lento.
Para resolver este problema, Wong et al. desenvolveram o primeiro método automatizado para a síntese de oligossacarídeos usando um programa de software programável chamado Optimer4, que orienta a seleção de bbls de uma biblioteca de ~ 50 bbls para seqüencial de um pote Reações. Cada BBL foi projetado e sintetizado com reatividade bem definida sintonizada por vários grupos de proteção. Usando essa abordagem, as complexidades de proteger a manipulação e a purificação intermediária podem ser minimizadas durante a síntese, que foram consideradas as questões mais difíceis de superar no desenvolvimento da síntese automatizada. Apesar deste avanço, o método ainda é bastante restrito, pois o número de BBLs é muito pequeno e o programa Optimer só pode lidar com certos oligossacarídeos pequenos. Para oligossacarídeos mais complexos que exigem mais BBLs e vários passes de reações de um pote e condensação de fragmento, uma versão atualizada do programa de software, auto-CHO5, foi desenvolvida.
Em auto-CHO, mais de 50.000 BBLs com reatividade definida para a biblioteca BBL foram adicionados, incluindo 154 sintético e 50.000 virtual ones. Estes bbls foram projetados pelo aprendizado de máquina baseado em propriedades básicas, os deslocamentos químicos calculados de NMR6,7, e os descritores moleculares8, que afetam a estrutura e a reactividade dos bbls. Com este programa atualizado e novo conjunto de BBLs disponíveis, a capacidade de síntese é expandida, e como demonstrado, vários oligossacarídeos de interesse podem ser rapidamente preparados. Acredita-se que este novo desenvolvimento facilitará a síntese de oligossacarídeos para o estudo de seus papéis em vários processos biológicos e seus impactos sobre as estruturas e funções das glicoproteínas e glicolipídeos. Pensa-se também que este trabalho beneficiará significativamente a comunidade de glicociência, uma vez que este método está disponível para a comunidade de pesquisa de forma gratuita. A síntese do marcador embrionário humano essencial da pilha de haste, SSEA-45, é demonstrada neste trabalho.

<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

Este artigo apresenta um protocolo experimental geral para a síntese programável do oligosaccharide do um-potenciômetro e demonstra como usar o software de auto-CHO para gerar soluções sintéticas potenciais. A aproximação programável do oligosaccharide do um-potenciômetro da síntese é projetada capacitar a síntese rápida do Oligosaccharide das grandes quantidades usando blocos de edifício do thioglycoside (BBLs) com a ordem sequencial apropriada de valores relativos da reactividade (RRVs). O auto-CHO é um software multi-plataforma com uma interface gráfica de usuário que fornece possíveis soluções sintéticas para síntese de oligosacárido de um pote programável, pesquisando uma biblioteca BBL (contendo cerca de 150 validadas e > 50000 BBLs virtuais) com com precisão previu RRVs por regressão vetorial de suporte. O algoritmo para síntese de um pote hierárquico foi implementado em auto-CHO e usa fragmentos gerados por reações de um pote como novos BBLs. Além disso, o auto-CHO permite aos usuários dar feedback para BBLs virtuais para manter os valiosos para uso posterior. A síntese do um-potenciômetro do antígeno embrionário estágio-específico 4 (ssea-4), que é um marcador embrionário humano pluripotente da pilha de haste, é demonstrada neste trabalho.

O resultado da pesquisa de CHO automático com base nas configurações de parâmetro padrão indica que SSEA-4 pode ser sintetizado por uma reação de um pote [2 + 1 + 3]. A Figura 3 mostra a captura de tela do software do resultado da pesquisa ssea-4. Quando um trisacárido reduzindo o Acceptor final é selecionado (Figura 3, rótulo 1), o programa mostra quatro soluções potenciais para a consulta. A primeira solução tem u...

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Hierarchical and Programmable One-Pot Oligosaccharide Synthesis

Este protocolo demonstra como usar o software auto-CHO para a síntese hierárquica e programável de um pote de oligossacarídeos. Descreve também o procedimento geral para experimentos de determinação de RRV e glicosilação de um pote de SSEA-4.

Síntese de Oligosacárido de um pote programável e hierárquica

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

Demonstramos como usar nosso software recém-desenvolvido, Auto-CHO, para síntese hierárquica de oligossacarídeo de um pote. O Auto-CHO inclui algoritmos em blocos de construção expandidos, com valores relativos de reatividade previstos através do aprendizado de máquina. O software Auto-CHO fornece uma diretriz valiosa para a seleção de blocos de construção e um projeto hierárquico para a síntese múltipla de um pote de glicocanos mais complexos através da composição de fragmentos.As implicações dessa técnica se estendem à terapia de cânceres ou doenças infecciosas por terapêuticas à base de carboidratos. Antes de usar o Auto-CHO, certifique-se de que o Ambiente Java Runtime tenha sido instalado em um PC ou Mac. A demonstração visual da manipulação do software Auto-CHO e o experimento de determinação de valor de reatividade relacionado ajudarão os químicos a seguir o protocolo e prosseguirão com o experimento rapidamente.Para realizar a inicialização do software do Java Runtime Environment, acesse o site Auto-CHO e baixe o software de acordo com o sistema operacional. Atualmente, o Auto-CHO suporta Windows, macOS e Ubuntu. O mais recente guia de usuário PDF é fornecido no site auto-CHO.Para usuários do Windows, descompacte o Auto-CHO Windows. zip, e clique duas vezes em Auto-CHO. frasco na pasta Windows Auto-CHO para iniciar o programa.Insira a estrutura glican desejada. Escolha desenhar uma estrutura glican ou ler um arquivo de estrutura existente. Para inserir por desenho, clique em editar glycan por GlycanBuilder ou na área de clique aqui para editar o alvo sintético para desenhar e editar a estrutura de consulta pelo GlycanBuilder.As informações de ligação e quiralidade não devem ser ignoradas. Clique nos botões Globo-H, SSEA-4 ou OligoLacNAc para exibir os exemplos. Feche o diálogo GlycanBuilder para concluir a edição.Defina os parâmetros de pesquisa na guia de configurações do parâmetro para obter resultados razoáveis de pesquisa. Clique no botão ok para ativar novas configurações. A configuração padrão é pesquisar apenas na biblioteca experimental.Se desejar pesquisar as bibliotecas experimentais e virtuais, selecione a guia de biblioteca de blocos de construção virtual. Selecione usar bibliotecas experimentais e virtuais e aplique filtragem para exibir blocos de construção virtuais com determinados critérios. Blocos de construção experimentais e virtuais podem trabalhar juntos para melhorar a capacidade de pesquisa do Auto-CHO.Atualmente, o Auto-CHO fornece mais de 50.000 blocos de construção virtuais, com RRVs previstos na biblioteca. Verifique um ou vários blocos de construção virtuais desejados que o usuário gostaria de usar para pesquisar. Clique no botão de blocos de construção virtuais selecionados para mostrar apenas os blocos de construção virtuais selecionados.Clique no botão de blocos de construção virtuais filtrados para mostrar apenas blocos de construção virtuais com determinados critérios definidos pelo usuário. Clique no botão mostrar todos os blocos de construção virtuais para mostrar todos os blocos de construção virtuais disponíveis e redefinir o filtro. Selecione a guia estrutura de consulta e clique no botão de biblioteca de blocos de pesquisa para encontrar as soluções sintéticas de um pote para a estrutura de consulta.Em seguida, confirme as configurações do parâmetro. Pesquise o visualizador de resultados. O resultado da pesquisa é mostrado na guia de visualização de resultados.Os aceitadores finais redutores de diferentes números de resíduos são exibidos na coluna de aceitação final redutora. Em seguida, selecione um aceitador final redutor. As soluções são exibidas na lista de soluções sintéticas.Fragmentos são mostrados na lista de fragmentos para sugerir quantos fragmentos devem ser usados na síntese. O sistema fornece informações detalhadas de cada fragmento, incluindo o RRV do fragmento, rendimento computacional, bem como qual grupo de proteção deve ser desprotegido para uso do fragmento na reação de um pote. Os blocos de construção usados para montar o fragmento selecionado e as informações de conexão de fragmento também são exibidos.Para blocos de construção experimentais, visualize e verifique estruturas químicas dos blocos de construção selecionados na estrutura química da região do bloco de construção e consulte o navegador de blocos de construção de informações detalhadas. Em um frasco de fundo redondo de 10 mililitros, combine os dois doadores de tioglicoside, metanol absoluto e secador em DCM. Em seguida, mexa em temperatura ambiente por uma hora.Pegue uma alíquota de 30 microliter desta mistura e injete a mistura em cromatografia líquida de alto desempenho em três injeções separadas. Meça o coeficiente entre a absorção e a concentração da molécula doadora sob as condições de separação da linha de base. Adicione uma solução de 0,5 molar N-Iodosuccinimida em acetonitrilo na mistura de reação, seguida pela adição de uma solução de ácido trifluorometanessulfônico molar 0,1 molar.Mexa a mistura em temperatura ambiente por duas horas. Em seguida, diluir a mistura de reação com quatro mililitros de DCM. Filtre e lave a reação com tiossulfato aquoso de sódio saturado, contendo carbonato de hidrogênio 10%.Agora extraia a camada aquosa três vezes com cinco mililitros de DCM. Misture todas as camadas orgânicas e lave com cinco mililitros de salmoura. Em seguida, seque as camadas combinadas com aproximadamente 200 miligramas de sulfato de magnésio anidro.Agite levemente a mistura por 30 segundos e filtre-a através de um funil com um papel filtro de flanada, a fim de remover o sulfato de magnésio. Em seguida, colete o filtrado em um frasco fundo redondo de 25 mililitros. Remova o solvente, usando um evaporador rotativo.Dissolva o resíduo em um mililitro de DCM. Pegue uma alíquota de 30 microliter desta mistura, e injete-a em cromatografia líquida de alto desempenho em três injeções separadas. Meça as concentrações dos doadores restantes pelo HPLC, sob as mesmas condições de separação.Meça a reatividade relativa. Com base no valor relativo de reatividade do DR4, o valor relativo de reatividade do DX1 é de três. O resultado de pesquisa Auto-CHO baseado em configurações padrão do parâmetro indica que o SSEA-4 pode ser sintetizado por uma reação de dois mais um mais três de um pote.Quando um aceitador final redutor de trisacarídeos é selecionado, o programa mostra quatro soluções potenciais para a consulta. A primeira solução tem um fragmento, e seu rendimento calculado é de cerca de 94% O fragmento pode ser sintetizado por dois blocos de construção. O RRV do primeiro bloco de construção descarado é 1462, e o RRV do segundo monossacarídeo é 32.0.A estrutura química do primeiro bloco de construção sugerido usado na reação de um pote também é mostrada. O experimento de um pote mostra que o SSEA-4 pode ser sintetizado com sucesso em rendimento de 43% por esta sugestão. O SSEA-4 pode ser sintetizado por três unidades sugeridas pelo Auto-CHO.Essas unidades incluem o bloco de construção de disscarido silele bloco um, edifício monossacarídeo bloco dois, e redução do aceitador final três. Para configurações de parâmetros, sugerimos definir parâmetros com critérios mais rigorosos no início. Para a seleção da biblioteca do bloco de construção, sugerimos pesquisar a biblioteca experimental apenas no início.Através dessa demonstração, esperamos que glicanos mais importantes, como antígenos de carboidratos associados ao tumor, possam ser sintetizados pela abordagem de um pote para estudos futuros. Após este procedimento, a síntese de todos esses antígenos pode ser realizada a fim de projetar vacinas contra o câncer à base de carboidratos. Também esperamos que a inteligência artificial e algoritmos de computador possam facilitar a síntese automatizada de glicanos para beneficiar o tratamento e a prevenção de doenças.

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