Name: hierarchical and programmable one-pot oligosaccharide synthesis
Uploaded: 2019-09-06T13:00:00
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Este trabajo fue apoyado por Academia Sinica, incluyendo el Programa de la Cumbre, Ministerio de Ciencia y Tecnología [MOST 104-0210-01-09-02, MOST 105-0210-01-13-01, MOST 106-0210-01-15-02] y NSF (1664283).

1. Manipulación automática del software
<ol><li>Instalación de Java Runtime Environment: asegúrese de que Java Runtime Environment (JRE) se ha instalado en el dispositivo. Si jRE se ha instalado, vaya al paso siguiente, "inicialización de software"; de lo contrario, descargue e instale JRE de acuerdo con el sistema operativo del usuario que se encuentra en: <https://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html>.</li>
	<li>Inicialización del software: vaya al sitio web de Auto-CHO en <https://sites....

<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>

El software Auto-CHO fue desarrollado para ayudar a los químicos a proceder a la síntesis jerárquica y programable de una olla de oligosacáridos5. Auto-CHO fue construido por el lenguaje de programación Java. Es un software GUI y multiplataforma, que actualmente es compatible con Windows, macOS y Ubuntu. El software se puede descargar de forma gratuita para el sitio web de Auto-CHO en <https://sites.google.com/view/auto-cho/home>, y su código fuente con licencia MIT se puede acceder desde el...

Los carbohidratos son omnipresentes en la naturaleza1,2, pero su presencia y modo de acción siguen siendo un territorio desconocido, principalmente debido al difícil acceso a esta clase de moléculas3. A diferencia de la síntesis automatizada de oligopéptidos y oligonucleótidos, el desarrollo de la síntesis automatizada de oligosacáridos sigue siendo una tarea formidable, y el progreso ha sido relativamente lento.
Para abordar este problema, Wong y otros desarrollaron el primer método automatizado para la síntesis de oligosacáridos utilizando un programa de software programable llamado Optimer4, que guía la selección de BBLs de una biblioteca de 50 BCL para Reacciones. Cada BBL fue diseñado y sintetizado con una reactividad bien definida ajustada por varios grupos de protección. Con este enfoque, las complejidades de la protección de la manipulación y la purificación intermedia se pueden minimizar durante la síntesis, que se han considerado los problemas más difíciles de superar en el desarrollo de la síntesis automatizada. A pesar de este avance, el método sigue siendo bastante restringido, ya que el número de BBLs es demasiado pequeño y el programa Optimer sólo puede manejar ciertos oligosacáridos pequeños. Para oligosacáridos más complejos que requieren más BBB y múltiples pasadas de reacciones de un solo disco y condensación de fragmentos, se ha desarrollado una versión actualizada del programa de software, Auto-CHO5.
En Auto-CHO, se han añadido más de 50.000 BL con reactividad definida a la biblioteca BBL, incluyendo 154 sintéticos y 50.000 virtuales. Estas BBL fueron diseñadas por aprendizaje automático basado en propiedades básicas, cambios químicos de RMN calculadas6,7y descriptores moleculares8,que afectan a la estructura y reactividad de las BBB. Con este programa actualizado y un nuevo conjunto de BBL disponibles, la capacidad de síntesis se expande, y como se ha demostrado, se pueden preparar rápidamente varios oligosacáridos de interés. Se cree que este nuevo desarrollo facilitará la síntesis de oligosacáridos para el estudio de sus funciones en diversos procesos biológicos y sus impactos en las estructuras y funciones de las glicoproteínas y glucólidos. También se cree que este trabajo beneficiará significativamente a la comunidad de la glucociencia, dado que este método está disponible para la comunidad investigadora de forma gratuita. La síntesis del marcador esencial de células madre embrionarias humanas, SSEA-45, se demuestra en este trabajo.

<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 artículo presenta un protocolo experimental general para la síntesis de oligosacáridos de una olla programable y demuestra cómo utilizar el software Auto-CHO para generar soluciones sintéticas potenciales. El enfoque programable de síntesis de oligosacáridos de una olla está diseñado para potenciar la síntesis rápida de oligosacáridos de grandes cantidades utilizando bloques de construcción de tioglicósidos (BBL) con el orden secuencial adecuado de los valores de reactividad relativa (RRV). Auto-CHO es un software multiplataforma con una interfaz gráfica de usuario que proporciona posibles soluciones sintéticas para la síntesis de oligosacáridos de una olla programable mediante la búsqueda de una biblioteca BBL (que contiene alrededor de 150 bBL validados y >50.000 bBL virtuales) con RCV predichos con precisión mediante la regresión vectorial de soporte. El algoritmo para la síntesis jerárquica de un solo pozo se ha implementado en Auto-CHO y utiliza fragmentos generados por reacciones de un solo disco como nuevas BBB. Además, Auto-CHO permite a los usuarios dar comentarios para las BBB virtuales para mantener los valiosos para su uso posterior. En este trabajo se muestra la síntesis de una olla del antígeno embrionario 4 específico de la etapa (SSEA-4), que es un marcador de células madre embrionarias humanas pluripotentes.

El resultado de búsqueda Auto-CHO basado en la configuración de parámetros predeterminada indica que SSEA-4 se puede sintetizar mediante una reacción [2 + 1 + 3]. La Figura 3 muestra la captura de pantalla de software del resultado de búsqueda SSEA-4. Cuando se selecciona un aceptador final de reducción de trisacárido(Figura 3, etiqueta 1), el programa muestra cuatro soluciones potenciales para la consulta. La primera solu...

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Hierarchical and Programmable One-Pot Oligosaccharide Synthesis

Este protocolo demuestra cómo utilizar el software Auto-CHO para la síntesis jerárquica y programable de oligosacáridos. También describe el procedimiento general para los experimentos de determinación de RRV y la glicosilación de una olla de SSEA-4.

Síntesis jerárquica y programable de oligosacáridos de una olla

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

Demostramos cómo utilizar nuestro software recién desarrollado, Auto-CHO, para la síntesis jerárquica y programable de oligosacáridos de una olla. Auto-CHO incluye algoritmos en bloques de creación expandidos, con valores de reactividad relativos predichos a través del aprendizaje automático. El software Auto-CHO proporciona una guía valiosa para la selección de bloques de construcción, y un plan jerárquico para la síntesis múltiple de una olla de glicanos más complejos a través de la composición de fragmentos.Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia la terapia de cánceres o enfermedades infecciosas por terapias basadas en carbohidratos. Antes de utilizar Auto-CHO, asegúrese de que Java Runtime Environment se ha instalado en un PC o Mac. La demostración visual de la manipulación automática del software y el experimento de determinación de valor de reactividad relacionado ayudará a los químicos a seguir el protocolo y continuar con el experimento rápidamente.Para realizar la inicialización de software del Entorno de ejecución Java, vaya al sitio web de Auto-CHO y descargue el software según el sistema operativo. Actualmente, Auto-CHO es compatible con Windows, macOS y Ubuntu. La última guía del usuario de PDF se proporciona en el sitio web de Auto-CHO.Para los usuarios de Windows, descomprima las ventanas Auto-CHO. zip, y haga doble clic en Auto-CHO. jar en la carpeta Auto-CHO Windows para iniciar el programa.Introduzca la estructura de glicano deseada. Elija dibujar una estructura de glicano o leer un archivo de estructura existente. Para introducir por dibujo, haga clic en editar glycan por GlycanBuilder, o el área de clic aquí para editar el destino sintético para dibujar y editar la estructura de consulta por GlycanBuilder.La información de vinculación y quiralidad no debe ser ignorada. Haga clic en los botones Globo-H, SSEA-4 u OligoLacNAc para mostrar los ejemplos. Cierre el diálogo GlycanBuilder para completar la edición.Defina los parámetros de búsqueda en la pestaña de configuración de parámetros para obtener resultados de búsqueda razonables. Haga clic en el botón Ok para habilitar la nueva configuración. La configuración predeterminada es buscar solo en la biblioteca experimental.Si desea buscar las bibliotecas experimentales y virtuales, seleccione la pestaña Biblioteca de bloques de creación virtuales. Seleccione Usar bibliotecas experimentales y virtuales y aplique el filtrado para mostrar bloques de creación virtuales con determinados criterios. Los bloques de construcción experimentales y virtuales pueden trabajar juntos para mejorar la capacidad de búsqueda de Auto-CHO.Actualmente, Auto-CHO proporciona más de 50.000 bloques de creación virtuales, con RRVs predichos en la biblioteca. Compruebe uno o varios bloques de creación virtuales deseados que el usuario desea utilizar para la búsqueda. Haga clic en el botón Mostrar bloques de creación virtuales seleccionados para mostrar solo los bloques de creación virtuales seleccionados.Haga clic en el botón Mostrar bloques de creación virtuales filtrados para mostrar solo los bloques de creación virtuales con ciertos criterios definidos por el usuario. Haga clic en el botón Mostrar todos los bloques de creación virtuales para mostrar todos los bloques de creación virtuales disponibles y restablecer el filtro. Seleccione la pestaña estructura de consulta y haga clic en el botón de biblioteca de bloques de creación de búsqueda para buscar las soluciones sintéticas de una olla para la estructura de consulta.A continuación, confirme la configuración de los parámetros. Busque en el visor de resultados. El resultado de la búsqueda se muestra en la pestaña de visualización de resultados.Los aceptadores finales reductores de diferentes números de residuo se muestran en la columna de aceptador final reductor. A continuación, seleccione un aceptador final reductor. Las soluciones se muestran en la lista de soluciones sintéticas.Los fragmentos se muestran en la lista de fragmentos para sugerir cuántos fragmentos se deben utilizar en la síntesis. El sistema proporciona información detallada de cada fragmento, incluyendo el RRV del fragmento, el rendimiento computacional, así como qué grupo protector debe desprotegerse para el uso del fragmento en la reacción de una olla. También se muestran los bloques de creación utilizados para ensamblar el fragmento seleccionado y la información de conexión del fragmento.Para los bloques de construcción experimentales, vea y compruebe las estructuras químicas de los bloques de construcción seleccionados en la estructura química de la región de los bloques de construcción, y consulte la información detallada del navegador de bloques de construcción. En un matraz de fondo redondo de 10 mililitros, combine los dos donantes de tiobolósido, metanol absoluto y drierite en DCM. A continuación, revuelva a temperatura ambiente durante una hora.Tome una alícuota de 30 microlitros de esta mezcla e inyecte la mezcla en cromatografía líquida de alto rendimiento en tres inyecciones separadas. Mida el coeficiente entre la absorción y la concentración de la molécula donante en las condiciones de separación basal. Añadir una solución de 0,5 molar N-Iodosuccinimida en acetonitrilo en la mezcla de reacción, seguida de una solución de ácido trifluorometanofónico 0,1 molar.Revuelva la mezcla a temperatura ambiente durante dos horas. A continuación, diluir la mezcla de reacción con cuatro mililitros de DCM. Filtrar y lavar la reacción con tiosulfato sódico acuoso saturado, que contiene 10%carbonato de hidrógeno sódico.Ahora extraiga la capa acuosa tres veces con cinco mililitros de DCM. Combine todas las capas orgánicas y lave con cinco mililitros de salmuera. A continuación, seque las capas combinadas con aproximadamente 200 miligramos de sulfato de magnesio anhidro.Agitar la mezcla suavemente durante 30 segundos, y filtrarlo a través de un embudo con un papel de filtro estriado con el fin de eliminar el sulfato de magnesio. A continuación, recoja el filtrado en un matraz de fondo redondo de 25 mililitros. Retire el disolvente con un evaporador rotatorio.Disolver el residuo en un mililitro de DCM. Tome una alícuota de 30 microlitros de esta mezcla e inyéctela en cromatografía líquida de alto rendimiento en tres inyecciones separadas. Mida las concentraciones de los donantes restantes por HPLC, en las mismas condiciones de separación.Mida la reactividad relativa. Según el valor de reactividad relativo de DR4, el valor de reactividad relativo de DX1 es tres. El resultado de la búsqueda Auto-CHO basado en la configuración predeterminada del parámetro indica que SSEA-4 se puede sintetizar con un dos más uno más tres reacciones de una olla.Cuando se selecciona un aceptador final de reducción de trisacáridos, el programa muestra cuatro posibles soluciones para la consulta. La primera solución tiene un fragmento, y su rendimiento calculado es de aproximadamente 94%El fragmento puede ser sintetizado por dos bloques de construcción. El RRV del primer bloque de construcción disacárido es 1462, y el RRV del segundo monosacárido es 32.0.También se muestra la estructura química del primer bloque de construcción sugerido utilizado en la reacción de una olla. El experimento de una olla muestra que SSEA-4 se puede sintetizar con éxito en un 43% de rendimiento por esta sugerencia. SSEA-4 puede ser sintetizado por tres unidades sugeridas por Auto-CHO.Estas unidades incluyen silele disacárido building block uno, monosacárido building block dos, y reduciendo el aceptador final tres. Para la configuración de parámetros, sugerimos establecer parámetros con criterios más estrictos al principio. Para la selección de la biblioteca de bloques de creación, sugerimos buscar en la biblioteca experimental sólo al principio.A través de esta demostración, esperamos que los glicanos más importantes, como los antígenos de carbohidratos asociados al tumor, puedan ser sintetizados por el enfoque de una olla para estudios posteriores. Después de este procedimiento, se puede realizar la síntesis de todos estos antígenos con el fin de diseñar vacunas contra el cáncer basadas en carbohidratos. También esperamos que la inteligencia artificial y los algoritmos informáticos puedan facilitar la síntesis automatizada de glicanos para beneficiar el tratamiento y la prevención de enfermedades.

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