Ten protokół pokazuje, jak używać oprogramowania Auto-CHO do hierarchicznej i programowalnej jednogarnkowej syntezy oligosacharydów. Opisano w nim również ogólną procedurę eksperymentów z oznaczaniem RRV i jednogarnkową glikozylacją SSEA-4.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół pokazuje, jak używać oprogramowania Auto-CHO do hierarchicznej i programowalnej jednogarnkowej syntezy oligosacharydów. Opisano w nim również ogólną procedurę eksperymentów z oznaczaniem RRV i jednogarnkową glikozylacją SSEA-4.
Ten artykuł przedstawia ogólny protokół eksperymentalny dla programowalnej jednogarnkowej syntezy oligosacharydów i pokazuje, jak używać oprogramowania Auto-CHO do generowania potencjalnych syntetycznych rozwiązań. Programowalna jednogarnkowa synteza oligosacharydów została zaprojektowana w celu umożliwienia szybkiej syntezy oligosacharydów w dużych ilościach przy użyciu tioglikozydowych bloków budulcowych (BBL) o odpowiedniej kolejności sekwencyjnej względnych wartości reaktywności (RRV). Auto-CHO to wieloplatformowe oprogramowanie z graficznym interfejsem użytkownika, które zapewnia możliwe syntetyczne rozwiązania dla programowalnej jednogarnkowej syntezy oligosacharydów poprzez przeszukiwanie biblioteki BBL (zawierającej około 150 zwalidowanych i >50 000 wirtualnych BBL) z dokładnie przewidywanymi RRV za pomocą regresji wektora nośnego. Algorytm hierarchicznej syntezy jednodoniczkowej został zaimplementowany w Auto-CHO i wykorzystuje fragmenty generowane w reakcjach jednodoniczkowych jako nowe BBL. Ponadto Auto-CHO umożliwia użytkownikom przekazywanie informacji zwrotnych na temat wirtualnych BBL, aby zachować cenne wartości do dalszego wykorzystania. W pracy zademonstrowano jednoetapową syntezę specyficznego dla stadium antygenu embrionalnego 4 (SSEA-4), który jest pluripotencjalnym markerem ludzkich embrionalnych komórek macierzystych.
Węglowodany są wszechobecne w przyrodzie1,2, ale ich obecność i sposób działania pozostają niezbadanym terytorium, głównie ze względu na trudny dostęp do tej klasy molekuł3. W przeciwieństwie do zautomatyzowanej syntezy oligopeptydów i oligonukleotydów, rozwój automatycznej syntezy oligosacharydów pozostaje ogromnym zadaniem, a postęp jest stosunkowo powolny.
Aby rozwiązać ten problem, Wong i in. opracowali pierwszą zautomatyzowaną metodę syntezy oligosacharydów za pomocą programowalnego programu o nazwie Optimer4, który kieruje wyborem BBL z biblioteki ~50 BBL dla sekwencyjnych reakcji jednogarnkowych. Każdy BBL został zaprojektowany i zsyntetyzowany z dobrze zdefiniowaną reaktywnością dostrojoną przez różne grupy ochronne. Dzięki takiemu podejściu można zminimalizować złożoność ochrony manipulacji i oczyszczania pośredniego podczas syntezy, które zostały uznane za najtrudniejsze do pokonania kwestie w rozwoju syntezy automatycznej. Pomimo tego postępu, metoda jest nadal dość ograniczona, ponieważ liczba BBL jest zbyt mała, a program Optimer może obsługiwać tylko niektóre małe oligosacharydy. Dla bardziej złożonych oligosacharydów, które wymagają większej liczby BBL i wielu przejść reakcji jednogarnkowych i kondensacji fragmentów, opracowano ulepszoną wersję oprogramowania, Auto-CHO5.
W Auto-CHO dodano ponad 50 000 BBL ze zdefiniowaną reaktywnością do biblioteki BBL, w tym 154 syntetyczne i 50 000 wirtualnych. Te BBL zostały zaprojektowane przez uczenie maszynowe w oparciu o podstawowe właściwości, obliczone przesunięcia chemiczne NMR6, 7 i deskryptory molekularne8, które wpływają na strukturę i reaktywność BBL. Dzięki temu ulepszonemu programowi i nowemu zestawowi dostępnych BBL, zdolność syntezy zostaje rozszerzona i, jak wykazano, można szybko przygotować kilka interesujących oligosacharydów. Uważa się, że to nowe osiągnięcie ułatwi syntezę oligosacharydów w celu badania ich roli w różnych procesach biologicznych oraz ich wpływu na struktury i funkcje glikoprotein i glikolipidów. Uważa się również, że prace te przyniosą znaczne korzyści społeczności glikologicznej, biorąc pod uwagę, że metoda ta jest dostępna dla społeczności badawczej bezpłatnie. W pracy zademonstrowano syntezę niezbędnego markera ludzkich embrionalnych komórek macierzystych, SSEA-45.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Manipulacja oprogramowaniem Auto-CHO
2. Eksperymenty z wyznaczaniem RRV
3. Jednogarnkowa glikozylacja SSEA-4
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wynik wyszukiwania w programie Auto-CHO przy domyślnych ustawieniach parametrów wskazuje, że SSEA-4 może zostać zsyntetyzowany w reakcji typu one-pot [2 + 1 + 3]. Rysunek 3 przedstawia zrzut ekranu z oprogramowania z wynikiem wyszukiwania SSEA-4. Po wybraniu akceptora redukującego końca trisacharydu (Rysunek 3, etykieta 1), program wyświetla cztery potencjalne rozwiązania dla zapytania. Pierwsze rozwiązanie zawiera jeden fragment...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oprogramowanie Auto-CHO zostało opracowane w celu wspomagania chemików w przeprowadzaniu hierarchicznej i programowalnej jednoetapowej syntezy oligosacharydów5. Auto-CHO został zbudowany przez język programowania Java. Jest to oprogramowanie z graficznym interfejsem użytkownika i wieloplatformowe, które obecnie obsługuje systemy Windows, macOS i Ubuntu. Oprogramowanie można pobrać bezpłatnie ze strony Auto-CHO pod adresem , a jego kod źródłowy z licencj...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez Academia Sinica, w tym Summit Program, Ministerstwo Nauki i Technologii [MOST 104-0210-01-09-02, MOST 105-0210-01-13-01, MOST 106-0210-01-15-02] i NSF (1664283).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Acetonitryl | Sigma-Aldrich | 75-05-8 | |
| Bezwodny siarczan magnezu | Sigma-Aldrich | 7487-88-9 | |
| Molibdenian ceru amonowego | TCI | C1794 | |
| Dichlorometan | Sigma-Aldrich | 75-09-2 | |
| Drierite | Sigma-Aldrich | 7778-18-9 | |
| Octan | etyluSigma-Aldrich | 141-78-6 | |
| Metanol | Sigma-Aldrich | 67-56-1 | |
| Sita molekularne 4 i Aring; | Sigma-Aldrich | ||
| n-Hexane | Sigma-Aldrich | 110-54-3 | |
| N-Jodosukcynimid | Sigma-Aldrich | 516-12-1 | |
| Wodorowęglan sodu | Sigma-Aldrich | 144-55-8 | |
| Tiosiarczan sodu | Sigma-Aldrich | 10102-17-7 | |
| Toluen | Sigma-Aldrich | 108-88-3 | |
| Kwas trifluorometanosulfonowy | Sigma-Aldrich | 1493-13-6 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.