Development of Novel Technologies for Parallel Synthesis of Glycans and Glycopeptides for Microarray Generation

Abstract

Carbohydrates are ubiquitous biopolymers mediating fundamental biological processes such as cell–cell interaction, immune response, and host-pathogen interactions. They can selectively interact with each other (carbohydrate-carbohydrate interactions), with glycan binding proteins (carbohydrate-protein interactions), and pathogens. In order to study these interactions, glycan microarray technology has been developed, becoming nowadays a primary analytical tool. Glycan arrays enable high-throughput screening of these interactions in a fast manner, to identify new drug candidates, biomarkers, or vaccine candidates. The main strategy to generate glycan arrays is the immobilization of pure and structurally defined oligosaccharides and glycomimetics on solid surfaces. The required oligosaccharides can either be isolated from natural sources or synthesized enzymatically and/or chemically. Automated chemical synthesis of oligosaccharides has become a streamline process, revolutionizing and simplifying the synthesis of linear and branched natural and unnatural glycan collections. In contrast to other common biopolymers, there is no method available for parallel oligosaccharide synthesis. In this work, different cost- and time-efficient approaches have been developed for parallel synthesis of oligosaccharides and glycopeptides on solid supports.

Kohlenhydrate sind ubiquitäre Biopolymeren, die fundamentale biologische Prozesse wie Zell-Zell-Interaktionen, Immunreaktionen und Interaktionen zwischen Wirt und Erreger vermitteln. Sie können selektiv untereinander (Kohlenhydrat-Kohlenhydrat- Wechselwirkungen) wechselwirken, mit Glykan-bindenden Proteinen (Kohlenhydrat-Protein- Wechselwirkungen) und mit Pathogenen wechselwirken. Um diese Interaktionen zu untersuchen, wurde die Glykan-Microarray-Technologie entwickelt, die heute zu einem wichtigen Analyseinstrument geworden ist. Glykan-Arrays ermöglichen ein schnelles Hochdurchsatzscreening dieser Wechselwirkungen, um neue Arzneimittelkandidaten, Biomarker oder Impfstoffkandidaten zu identifizieren. Die wichtigste Strategie zur Herstellung von Glykan-Arrays ist die Immobilisierung von reinen und strukturell definierten Oligosacchariden und Glykomimetika auf planaren Oberflächen. Die benötigten Oligosaccharide können entweder aus natürlichen Quellen isoliert oder enzymatisch und/oder chemisch synthetisiert werden. Die automatisierte chemische Synthese von Oligosacchariden hat sich zu einem Standardverfahren entwickelt, das die Synthese von linearen und verzweigten natürlichen und unnatürlichen Glykanen revolutioniert und erheblich vereinfacht hat. Im Gegensatz zu anderen gängigen Biopolymeren gibt es jedoch bisher keine Methode zur parallelen Oligosaccharidsynthese. In dieser Arbeit wurden verschiedene kosten- und zeiteffiziente Ansätze für die parallele Festphasensynthese von Oligosacchariden und Glykopeptiden entwickelt.