Synthesis of Secondary Cell Wall Polysaccharide Fragments of Paenibacillus Alvei

Abstract

Der Gram-positive Prokaryote Paenibacillus alvei nutzt die anionisch geladene Oberfläche von Secondary Cell Wall Polymers (SCWPs), um S-Schicht-Proteine (SpaA) nicht-kovalent zu binden(SpaA) zu binden, um ein zweidimensionales para-kristallines Gitter zu bilden. Die SCWPs von Paenibacillus Alvei sind stöchiometrisch definierte Polymere, die auf [4,6-Pyr-ManNAc-β-(14)-GlcNAc] Wiederholungen von ~11 Einheiten, die β-(13) verknüpft sind, wobei das Pyruvat die entscheidende negative Ladung liefertdie entscheidende negative Ladung liefert. Frühere Co-Kristallisationsstudien mit synthetischen Mono,Di- und Trisacchariden zeigten, dass die Bindung des SpaA-Liganden durch ein terminales Pyruvat.In Fortsetzung dieser Studien wurde die Totalsynthese zu Tetrasaccharid-Liganden4,6-Pyr-β-D-ManNAc-(14)-β-D-GlcNAc-(13)-4,6-Pyr-β-D-ManNAc-(14)-β-DGlcNAcmit terminaler und vollständiger Pyruvylierungssubstitution wurde untersucht. Dieanspruchsvolle β-D-ManNAc-(14)-GlcNAc-Glykosidbindung wurde über Wasserstoffbrücken-vermittelte Aglykonabgabe (HAD) hergestellt, und zwar meines Wissens zum ersten Malmeines Wissens. Die Glykosylierung des zentralen Disaccharidvorläufers unter Verwendung eines2-Azido-geschützten Thioglykosid-Donor und einen 3-O-Picoloyl-geschützten Akzeptor,konnte jedoch nur in bescheidener Ausbeute und mit geringer ß-Stereoselektivität durchgeführt werden. Die basische Natur der Picoloylgruppe bereitete auch Schwierigkeiten bei der anomeren Allylgruppe Entschützung, da sie jegliche Lewis- oder Brønsted-sauren Reagenzien abschreckte. Die 2+2Glykosylierung über einen N-Phenyltrifluoracetimidat-Donor führte zu einem vollständig orthogonalgeschütztes Tetrasaccharid in guter Ausbeute, aber überraschenderweise mit einem Eliminationsnebenprodukt. Die Entschützung des Tetrasaccharids muss noch ausgearbeitet werden da bei der Entschützung der Azidgruppe mit unterschiedlichen Protokollen mehrere Herausforderungen zu bewältigen waren Entschützung gegenüber SpaA-Liganden (Zielverbindungen I) auftraten. Die Orthogonalität desTetrasaccharid-Schlüsselintermediats ermöglicht die Einführung von Pyrophosphat am reduzierenden Ende für biologische Pyruvyltransferase-Studien (Zielverbindungen II).UDP-ManNAc (43 mg) wurde neu synthetisiert, um den Biosyntheseweg von SCWPs zu untersuchen.

The Gram-positive prokaryote Paenibacillus alvei uses the anionic-charged surface ofSecondary Cell Wall Polymers (SCWPs) to non-covalently bind S-layer proteins(SpaA) to form a two-dimensional para-crystalline lattice. The SCWPs of PaenibacillusAlvei are stoichiometrically defined polymers, based on [4,6-Pyr-ManNAc-β-(14)-GlcNAc] repeats of ~11 units that are β-(13) linked wherein the pyruvate providesthe decisive negative charge. Previous co-crystallization studies with synthetic mono,di- and trisaccharides revealed that SpaA-ligand binding is driven by a terminalpyruvate.In continuation of these studies, the total synthesis towards tetrasaccharide ligands4,6-Pyr-β-D-ManNAc-(14)-β-D-GlcNAc-(13)-4,6-Pyr-β-D-ManNAc-(14)-β-DGlcNAcwith terminal and full pyruvylation substitution was investigated. The challenging β-D-ManNAc-(14)-GlcNAc glycosidic bond was established viahydrogen-bond mediated aglycon delivery (HAD) pathway for the first time, to the bestof my knowledge. The glycosylation of the central disaccharide precursor using an2-azido-protected thioglycoside donor and a 3-O-picoloyl protected acceptor,however, could only be achieved in modest yield and low ß-stereoselectivity. The basicnature of the picoloyl group also gave difficulties during anomeric allyl groupdeprotection, as it quenched any Lewis- or Brønsted-acidic reagents. The 2+2glycosylation via N-phenyl trifluoroacetimidate donor yielded a fully orthogonally protected tetrasaccharide in good yield but was surprisingly accompanied by anelimination side product. Deprotection of the tetrasaccharide needs to be elaboratedas several challenges with different protocols were faced during azide groupdeprotection towards SpaA ligands (target compounds I). The orthogonality of thetetrasaccharide key intermediate allows pyrophosphate introduction at the reducingend for biological pyruvyltransferase studies (target compounds II).UDP-ManNAc (43 mg) was re-synthesized to investigate the biosynthesis pathway ofSCWPs.