Hierarchiczna i programowalna jednoetapowa synteza oligosacharydów

Pokazujemy, jak korzystać z naszego nowo opracowanego oprogramowania, Auto-CHO, do hierarchicznej i programowalnej jednogarnkowej syntezy oligosacharydów. Auto-CHO obejmuje algorytmy na rozszerzonych blokach konstrukcyjnych, z względnymi wartościami reaktywności przewidywanymi przez uczenie maszynowe. Oprogramowanie Auto-CHO stanowi cenną wskazówkę dla wyboru bloków budulcowych oraz hierarchiczny plan wielokrotnej jednoetapowej syntezy bardziej złożonych glikanów poprzez kompozycję fragmentów.

Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku terapii nowotworów lub chorób zakaźnych za pomocą środków terapeutycznych opartych na węglowodanach. Przed użyciem funkcji Auto-CHO upewnij się, że środowisko Java Runtime Environment zostało zainstalowane na komputerze PC lub Mac. Wizualna demonstracja manipulacji oprogramowaniem Auto-CHO i związanego z tym eksperymentu określania wartości reaktywności pomoże chemikom postępować zgodnie z protokołem i szybko przystąpić do eksperymentu.

Aby przeprowadzić inicjalizację oprogramowania Java Runtime Environment, należy wejść na stronę Auto-CHO i pobrać oprogramowanie zgodnie z systemem operacyjnym. Obecnie Auto-CHO obsługuje systemy Windows, macOS i Ubuntu. Najnowsza instrukcja obsługi w formacie PDF jest dostępna na stronie internetowej Auto-CHO.

W przypadku użytkowników systemu Windows rozpakuj Windows. zip Auto-CHO i kliknij dwukrotnie Auto-CHO. jar w folderze Auto-CHO Windows, aby uruchomić program.

Wprowadź żądaną strukturę glikanów. Wybierz, czy chcesz narysować strukturę glikanu, czy odczytać istniejący plik struktury. Aby wprowadzić dane przez rysunek, kliknij edytuj glycan przez GlycanBuilder lub obszar kliknij tutaj, aby edytować syntetyczny cel, aby narysować i edytować strukturę zapytania przez GlycanBuilder.

Nie należy ignorować informacji o powiązaniach i chiralności. Kliknij przyciski Globo-H, SSEA-4 lub OligoLacNAc, aby wyświetlić przykłady. Zamknij okno dialogowe GlycanBuilder, aby zakończyć edycję.

Zdefiniuj parametry wyszukiwania na karcie ustawień parametrów, aby uzyskać rozsądne wyniki wyszukiwania. Kliknij przycisk OK, aby włączyć nowe ustawienia. Ustawieniem domyślnym jest przeszukiwanie tylko biblioteki eksperymentalnej.

Jeśli chcesz przeszukać zarówno biblioteki eksperymentalne, jak i wirtualne, wybierz kartę biblioteki wirtualnych bloków konstrukcyjnych. Wybierz opcję Użyj bibliotek eksperymentalnych i wirtualnych, a następnie zastosuj filtrowanie, aby wyświetlić wirtualne bloki konstrukcyjne z określonymi kryteriami. Eksperymentalne i wirtualne bloki konstrukcyjne mogą współpracować ze sobą w celu zwiększenia możliwości wyszukiwania Auto-CHO.

Obecnie Auto-CHO zapewnia ponad 50 000 wirtualnych bloków konstrukcyjnych z przewidywanymi RRV w bibliotece. Zaznacz jeden lub wiele żądanych wirtualnych bloków konstrukcyjnych, których użytkownik chciałby użyć do wyszukiwania. Kliknij przycisk pokaż wybrane wirtualne bloki konstrukcyjne, aby wyświetlić tylko wybrane wirtualne bloki konstrukcyjne.

Kliknij przycisk pokaż przefiltrowane wirtualne bloki konstrukcyjne, aby wyświetlić tylko wirtualne bloki konstrukcyjne z określonymi kryteriami zdefiniowanymi przez użytkownika. Kliknij przycisk pokaż wszystkie wirtualne bloki konstrukcyjne, aby wyświetlić wszystkie dostępne wirtualne bloki konstrukcyjne, a następnie zresetuj filtr. Wybierz kartę struktury zapytania i kliknij przycisk wyszukiwania biblioteki bloków konstrukcyjnych, aby znaleźć jednogarnkowe rozwiązania syntetyczne dla struktury zapytań.

Następnie potwierdź ustawienia parametrów. Wyszukaj przeglądarkę wyników. Wynik wyszukiwania jest wyświetlany w zakładce wizualizacji wyników.

Redukcyjne akceptory końcowe o różnych numerach pozostałości są wyświetlane w kolumnie redukcyjnego akceptora końcowego. Następnie wybierz redukcyjny akceptor końcowy. Rozwiązania są wyświetlane na liście roztworów syntetycznych.

Fragmenty są pokazane na liście fragmentów, aby zasugerować, ile fragmentów należy użyć w syntezie. System dostarcza szczegółowych informacji o każdym fragmencie, w tym RRV fragmentu, wydajności obliczeniowej, a także o tym, która grupa ochronna powinna zostać odbezpieczona przed użyciem fragmentu w reakcji jednogarnkowej. Wyświetlane są również bloki konstrukcyjne użyte do złożenia wybranego fragmentu oraz informacje o połączeniu fragmentu.

W przypadku eksperymentalnych bloków konstrukcyjnych wyświetl i sprawdź struktury chemiczne wybranych bloków konstrukcyjnych w obszarze Struktura chemiczna bloku konstrukcyjnego i zapoznaj się z przeglądarką szczegółowych informacji na temat bloków konstrukcyjnych. W 10-mililitrowej kolbie okrągłodennej połącz dwa donory tioglikozydów, metanol absolutny i drieryt w DCM. Następnie mieszaj w temperaturze pokojowej przez godzinę.

Weź 30-mikrolitrową porcję tej mieszaniny i wstrzyknij mieszaninę do wysokosprawnej chromatografii cieczowej w trzech oddzielnych wstrzyknięciach. Zmierzyć współczynnik między absorpcją a stężeniem cząsteczki donorowej w podstawowych warunkach separacji. Do mieszaniny reakcyjnej dodać roztwór 0,5 molowego N-jodosukcynimidu w acetonitrylu, a następnie dodać 0,1 molowy roztwór kwasu trifluorometanosulfonowego.

Mieszaj mieszaninę w temperaturze pokojowej przez dwie godziny. Następnie rozcieńczyć mieszaninę reakcyjną czterema mililitrami DCM. Przefiltrować i przepłukać reakcję nasyconym wodnym tiosiarczanem sodu, zawierającym 10% wodorowęglanu sodu.

Teraz ekstrahuj warstwę wodną trzykrotnie pięcioma mililitrami DCM. Połącz wszystkie warstwy organiczne i umyj pięcioma mililitrami solanki. Następnie wysusz połączone warstwy około 200 miligramami bezwodnego siarczanu magnezu.

Potrząsaj mieszaniną delikatnie przez 30 sekund i przefiltruj ją przez lejek z karbowaną bibułą filtracyjną w celu usunięcia siarczanu magnezu. Następnie zebrać filtrat w kolbie okrągłodennej o pojemności 25 mililitrów. Usunąć rozpuszczalnik za pomocą wyparki obrotowej.

Rozpuść pozostałość w jednym mililitrze DCM. Weź 30-mikrolitrową porcję tej mieszaniny i wstrzyknij ją do wysokosprawnej chromatografii cieczowej w trzech oddzielnych wstrzyknięciach. Zmierzyć stężenia pozostałych donorów za pomocą HPLC, w tych samych warunkach separacji.

Zmierz względną reaktywność. W oparciu o względną wartość reaktywności DR4, względna wartość reaktywności DX1 wynosi trzy. Wynik wyszukiwania Auto-CHO oparty na domyślnych ustawieniach parametrów wskazuje, że SSEA-4 może być syntetyzowany przez reakcję dwa plus jeden plus trzy jeden garnek.

Po wybraniu akceptora końcowego redukującego trisacharydy program pokazuje cztery potencjalne rozwiązania zapytania. Pierwsze rozwiązanie ma jeden fragment, a jego obliczona wydajność wynosi około 94%Fragment można zsyntetyzować za pomocą dwóch bloków budulcowych. RRV pierwszego bloku budulcowego disacharydu wynosi 1462, a RRV drugiego monosacharydu wynosi 32,0.

Pokazano również strukturę chemiczną pierwszego sugerowanego bloku budulcowego użytego w reakcji jednogarnkowej. Eksperyment z jedną doniczką pokazuje, że SSEA-4 może być z powodzeniem syntetyzowany w 43% wydajności dzięki tej sugestii. SSEA-4 może być syntetyzowany przez trzy jednostki sugerowane przez Auto-CHO.

Jednostki te obejmują pierwszy blok budulcowy disacharydu silele, drugi blok budulcowy monosacharydów i trzeci akceptor końcowy redukcyjny. W przypadku ustawień parametrów sugerujemy, aby na początku ustawić parametry z bardziej rygorystycznymi kryteriami. W celu wyboru biblioteki bloków konstrukcyjnych sugerujemy najpierw przeszukanie biblioteki eksperymentalnej.

Mamy nadzieję, że dzięki tej demonstracji więcej ważnych glikanów, takich jak antygeny węglowodanowe związane z nowotworem, będzie można zsyntetyzować za pomocą podejścia jednogarnkowego do dalszych badań. Po tej procedurze można przeprowadzić syntezę wszystkich takich antygenów w celu zaprojektowania szczepionek przeciwnowotworowych opartych na węglowodanach. Mamy również nadzieję, że sztuczna inteligencja i algorytmy komputerowe mogą ułatwić zautomatyzowaną syntezę glikanów, co przyniesie korzyści w leczeniu i profilaktyce chorób.