$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
La recolección de tejidos se realizó en condiciones autorizadas por el Comité de Cuidado y Uso de Animales de Johns Hopkins.
1. Extracción de gangliósidos a pequeña escala y purificación parcial
PRECAUCIÓN: Use ventilación adecuada cuando trabaje con solventes volátiles y tóxicos. Evite el plástico en todas partes; los disolventes extraerán componentes químicos de muchos plásticos que interfieren con los análisis posteriores. El politetrafluoroetileno (PTFE) es una excepción; Se deben usar cierres revestidos de PTFE para tapar los viales de almacenamiento de vidrio.
- Extracción
- Pesar un solo cerebro de ratón fresco o descongelado (o medio cerebro sagital, ~ 0.2-0.5 g) y colocarlo en un homogeneizador Potter-Elvehjem prechillado en un cubo de hielo.
NOTA: Los cerebros previamente congelados se pueden usar después de la descongelación a 0-4 ° C.
- Añadir 4,1 mL por g de peso de agua húmeda de tejido y homogeneizar con 10 golpes.
NOTA: Las proporciones precisas de disolventes son clave para una extracción y partición óptimas, el objetivo es cloroformo-metanol-acuoso (4: 8: 3) asumiendo que el tejido cerebral es 80% acuoso.
- Añadir 13 ml por g de peso húmedo tisular de metanol, cambiar a temperatura ambiente (22 °C) y mezclar.
NOTA: La solución aparecerá nublada. La adición de metanol en este paso, sin cloroformo, optimiza la precipitación de proteínas. Todos los pasos posteriores son a temperatura ambiente (22 °C).
- Transfiera a un tubo de vidrio de paredes gruesas con tapón de rosca con una tapa de rosca forrada de PTFE a temperatura ambiente (22 ° C) y mezcle bien. Agregue 6.5 ml por g de peso húmedo tisular de cloroformo, tapa y mezcle bien. Centrifugadora a 450 x g durante 15 min. Transfiera el sobrenadante transparente a un tubo fresco con tapa de rosca y mida el volumen, "volumen de extracto recuperado".
- Partición
- Agregue 0.173x "volumen de extracto recuperado" de agua al sobrenadante transparente, la tapa, el vórtice y la centrífuga como se describe en el paso 1.1.4.
NOTA: El objetivo es tener cloroformo-metanol-acuoso en la proporción 4:8:5.6. La mezcla estará turbia y se resolverá en dos fases: una fase superior rica en acuoso y una fase inferior rica en cloroformo en una proporción de ~ 4: 1. Espere 60 minutos o centrífuga a 450 x g durante 15 minutos para una separación de fase completa.
- Transfiera la fase superior, que contiene los gangliósidos, a un tubo de vidrio fresco con una tapa de rosca forrada de PTFE.
- Cromatografía de cartucho de fase inversa
- Con una jeringa de vidrio de 5 ml, lave un cartucho de extracción en fase sólida tC18 (400 mg) con 3 ml de metanol, luego 3 ml de cloroformo-metanol-agua (2:43:55). Cargue la fase superior del paso 1.2.2 en el cartucho tC18 con la misma jeringa de vidrio, recoja el flujo y vuelva a cargarlo en la columna para optimizar la adsorción.
- Con la jeringa de vidrio, lave el cartucho con 3 ml de cloroformo-metanol-agua (2:43:55) y luego 3 ml de metanol-agua (1:1).
- Eluya los gangliósidos con 3 ml de metanol en un tubo fresco con tapa de rosca. Evaporar hasta la sequedad bajo una suave corriente de nitrógeno a ≤ 45 °C. Disolver en metanol a 1 mL por g de peso húmedo del tejido original.
2. Extracción y purificación de gangliósidos a gran escala
PRECAUCIÓN: Cuando trabaje con disolventes volátiles, use licuadoras resistentes a explosiones. No utilice plásticos excepto PTFE. El tetrahidrofurano, el cloroformo y el éter etílico son compuestos orgánicos volátiles tóxicos. Trabaje en una campana extractora con guantes protectores y gafas de seguridad.
- Extracción
- Descongelar el cerebro bovino congelado a 4 °C durante varias horas. Diseccionar la materia gris de las meninges y la materia blanca.
NOTA: El siguiente procedimiento se describe para 100 ± 20 g de materia gris cerebral aislada y es escalable.
- Coloque 100 g de materia gris cerebral en una licuadora y agregue 1 ml por g de peso húmedo cerebral de 10 mM de tampón de fosfato de potasio refrigerado pH 6.8. Homogeneizar en bajo durante 20 s. Añadir 8 mL de tetrahidrofurano por g de peso húmedo cerebral y homogeneizar en bajo durante 10 s. Decantar en botellas centrífugas de vidrio y centrifugar a 5.000 x g durante 15 min a temperatura ambiente (22 °C).
- Recoja el sobrenadante, mida su volumen y transfiéralo a un embudo separador de vidrio. Añadir 0,3 ml de éter etílico por ml del sobrenadante. Agite vigorosamente, luego deje reposar sin ser molestado durante 30 minutos durante los cuales se separan dos fases, una fase superior de éter y una fase acuosa inferior. Recoja la fase inferior, que contiene los gangliósidos, en una botella de vidrio con una tapa forrada de PTFE.
- A la fase superior (éter) que queda en el embudo separador, agregue 0,1 ml de agua por ml de sobrenadante original (paso 2.1.3). Agitar vigorosamente, dejar que las fases se separen, recoger la fase inferior (acuosa) y combinar con la fase inferior anterior. Evaporar las fases inferiores combinadas a un polvo seco y pesar.
- Saponificación
- Añadir 10 mL de NaOH acuoso de 100 mM por g de polvo en un tubo sellado. Mezclar e incubar a 37 °C durante 3 h. Deje enfriar y ajustar a pH 4.5 mediante la adición en gota de HCl acuoso de 100 mM. Mida el volumen y transfiéralo a un embudo separador de vidrio.
NOTA: Los ácidos siálicos son ácido lábil; evitar la acidificación por debajo de pH 4.5.
- Sobre la base del volumen acuoso, agregue 2.67 volúmenes de metanol, mezcle suavemente, luego agregue 1.33 volúmenes de cloroformo para crear una solución monofásica de cloroformo-metanol-acuoso (4: 8: 3). Mezclar bien.
- Sobre la base del volumen acuoso original, agregue 2.6 volúmenes de agua para llevar la mezcla a cloroformo-metanol-acuoso a una proporción de 4: 8: 5.6. Agite vigorosamente, luego deje reposar sin ser molestado para separar dos fases, una fase superior polar que contiene los gangliósidos y una fase inferior no polar. Recoge la fase superior en una botella de vidrio con una tapa forrada de PTFE.
NOTA: Los lípidos no sialados no aparecerán en las placas de cromatografía de capa delgada (TLC) teñidas con resorcinol, pero aparecerán cuando se use una tinción de p-anisaldehído. El propósito de esta saponificación es eliminar los compuestos O-acetilados como los fosfolípidos.
- Cromatografía en fase inversa
- Prelavado de un cartucho de extracción en fase sólida tC18 a gran escala (10 g) pasando 50 ml de cada uno de los siguientes tres disolventes a través de la columna utilizando vacío o presión (<1 min cada lavado): metanol, metanol-agua (1:1), luego cloroformo-metanol-agua (2:43:55). Cargue la fase superior del paso 2.2.3 en la columna por vacío o presión, recoja el flujo, recargue y recoja el flujo a través.
- Lave la columna con 30 ml de cloroformo-metanol-agua (2:43:55), luego 30 ml de metanol-agua (1:1), luego eluya los gangliósidos con 50 ml de metanol, y nuevamente con 10 ml de metanol, recogiendo cada lavado y cada elución por separado. Usando TLC (abajo) confirme que el gangliósido está ausente del flujo a través y se lava y eluye en la primera elución (50 ml de metanol). Evaporar los gangliósidos eluidos a un polvo seco y pesar.
NOTA: El propósito de la cromatografía tC18 es separar los gangliósidos de menos y más contaminantes polares. El rendimiento mixto de gangliósidos cerebrales después de la saponificación es de ~ 120 mg por g de extracto de cerebro seco (paso 2.1.4). La aparición de gangliósidos por TLC en el flujo a través o lavados indica que la columna de extracción en fase sólida estaba saturada. Después de la elución del metanol, la columna puede ser eluida con cloroformo-metanol (1:1) para capturar menos lípidos polares.
- Purificación por HPLC de gangliósidos individuales
- Preparar el disolvente HPLC A: tampón de fosfato de sodio acuoso de acetonitrilo-5 mM pH 5.6 (83:17) y el disolvente B: tampón de fosfato de sodio acetonitrilo-20 mM, pH 5.6 (1:1). Desgasificar ambos disolventes durante 5 min.
- Preequilibre una columna de HPLC (columna de 20 x 250 mm empaquetada con esferas de sílice unidas amina (NH2), diámetro de 5 μm, tamaño de poro de 100 Å) con 100% disolvente A durante 20 min a 5 ml / min. Ajuste un detector de efluentes de columna UV HPLC a 215 nm.
- Disolver el polvo gangliósido de la fase inversa eluido en agua a 5 mg/ml. Inyectar 0,5 ml de la mezcla gangliósida sobre el HPLC y ejecutar el gradiente de disolvente (Tabla 1) a 5 ml/min, recogiendo fracciones. Los gangliósidos aparecerán como picos de A215 con tiempos de retención (gangliósidos cerebrales mayores) de 25-70 min: GM1 ≈ 28 min; GD1a ≈ 38 min; GD1b ≈ 46 min; GT1b ≈ 65 min. Reequilibrar 20 min con disolvente A después de cada carrera. Analizar fracciones por cromatografía de capa fina.
| Tiempo (min) | %A | %B |
| 0 | 100 | 0 |
| 7 | 100 | 0 |
| 12 | 63 | 37 |
| 82 | 54 | 46 |
| 82.01 | 0 | 100 |
| 92 | 0 | 100 |
Tabla 1: Gradiente de disolvente para HPLC.
3. Análisis de cromatografía en capa fina (TLC) de gangliósidos
PRECAUCIÓN: El cloroformo es un compuesto orgánico volátil tóxico. Trabaje en una campana extractora con guantes protectores y gafas de seguridad.
- Preparación de disolventes y placas TLC
- Prepare un disolvente corriente de cloroformo-metanol-acuoso 0.25% KCl (60:35:8 por volumen). Vierta en una cámara TLC de vidrio de 10 cm x 10 cm con una cubierta de acero inoxidable para que la profundidad del disolvente sea de ~ 0,5 cm. Cubra y deje equilibrar en un área libre de corrientes de aire durante >10 min.
NOTA: Para aislar la cámara TLC de las corrientes de aire, se puede construir o comprar una caja acrílica de 5 lados (Figura 2). No utilice papel de filtro saturado de disolvente dentro de la cámara.
- Coloque una placa TLC de alto rendimiento con respaldo de vidrio recubierta de gel de sílice de 10 cm x 10 cm o 5 cm x 10 cm en un horno de secado a 125 °C durante 10 min. Dejar enfriar. Use un lápiz #2 opaco para dibujar líneas de manchado de 5 mm con separaciones de 2 mm a lo largo de una línea 1 cm por encima de la parte inferior de la placa y al menos 1 cm desde cada lado (Figura 3). Evite perturbar la capa de sílice mientras marca.
- Preparar una mezcla estándar de gangliósidos puros en metanol que contenga 100 μM GM1, 50 μM cada uno de GD1a y GD1b y 33 μM de GT1b.
NOTA: Esta mezcla contiene 100 pmol de ácido siálico gangliósido por μL para cada uno de los cuatro gangliósidos, una cantidad que proporciona una fuerte señal colorimétrica por tinción de resorcinol, que depende del ácido siálico.
- Resolución gangliosa
- Lave una jeringa Hamilton de 10 μL con una aguja biselada con metanol. Extraiga 1 μL de metanol en una jeringa de vidrio para llenar el volumen muerto de la aguja y luego 1 μL de muestra o estándar. Coloque la muestra uniformemente en las líneas premarcadas de 5 mm hasta que quede <1 μL de disolvente (metanol) en la jeringa. Deje que la placa se seque a temperatura ambiente (22 °C) después de que se detecten todas las muestras.
NOTA: Lave la jeringa con metanol entre la carga de la muestra. Se puede usar un soplador de aire sin calefacción a baja altura para acelerar el secado.
- Coloque la placa manchada y seca en la cámara TLC preequilibrada con el borde inferior sumergido en el disolvente en funcionamiento y cubra y proteja de las corrientes de aire (Figura 2). Permita que el disolvente en funcionamiento avance hacia arriba de la placa por acción capilar hasta que el frente del disolvente alcance dentro de 1 cm de la parte superior de la placa. Retire y marque el frente del disolvente en el borde de la placa con un lápiz. Permita que los disolventes se evaporen completamente, ya sea sin perturbaciones o bajo un flujo de aire suave.

Figura 2: Equipo y configuración de Ganglioside TLC. Una cámara de doble canal se llena para ≈ 0,5 cm en ambos lados con disolvente de funcionamiento. La placa se coloca contra un lado con el extremo de origen sumergido en el búfer de funcionamiento. La cámara está cubierta con una caja de acrílico para evitar corrientes de aire. Panel A, vista lateral antes de la inserción de la placa. El nivel de disolvente es visible unos pocos mm por encima del fondo de la cámara; Panel B, vista frontal durante el desarrollo. El frente del disolvente es visible en aproximadamente el 40% del camino hacia arriba de la placa. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
- Tinción gangliosa
PRECAUCIÓN: Las manchas de reactivo son tóxicas. El ácido clorhídrico es corrosivo y tóxico. Prepare y rocíe los reactivos en una campana extractora con guantes protectores y gafas de seguridad.
NOTA: La placa se puede obtener una imagen para un análisis cualitativo de la imagen o almacenarse quitando las abrazaderas y asegurando la placa de la cubierta en su lugar con cinta transparente. El análisis cuantitativo se puede realizar midiendo la densitometría de los estándares gangliósidos detectados en carriles adyacentes.
- Preparar reactivo en spray de resorcinol para la detección de gangliósidos en función de sus ácidos siálicos. Disolver 6 g de resorcinol en 100 ml de agua para obtener un stock de resorcinol al 6%. Disolver 1 g de CuSO4 en 100 ml de agua para hacer un stock del 1%. A 64.7 ml de agua, agregue 5 ml del stock de resorcinol al 6%, 0.31 ml del stock de CuSO4 al 1%, luego agregue lentamente 30 ml de HCl concentrado y revuelva suavemente. Puede almacenarse a 4 °C durante un mes.
- En una campana de humos químicos, coloque la placa TLC con gangliósidos resueltos, origen final, en una caja de cartón cortada para proteger las paredes de la campana del aerosol ácido. Coloque el reactivo de pulverización de resorcinol en un pulverizador TLC de vidrio, conéctelo a una fuente de nitrógeno presurizado y rocíe ligeramente la placa en diagonal en las direcciones vertical y horizontal. Rocíe la superficie del sorbente TLC de manera uniforme, pero ligera.
- Cubra inmediatamente la placa con una placa de cubierta de vidrio seco limpio de las mismas dimensiones y asegure la placa de cubierta en su lugar con clips aglutinantes (Figura 3). Calentar la placa cubierta a 125 °C durante 20 min. Los gangliósidos aparecerán de color púrpura oscuro sobre un fondo blanco.
NOTA: La placa no debe aparecer húmeda cuando se complete la pulverización. Las placas de cubierta se pueden moldear raspando el sorbente de las placas TLC utilizadas anteriormente utilizando una cuchilla de afeitar de un solo filo.
PRECAUCIÓN: El polvo de sílice es tóxico para los pulmones. Use una máscara y deseche la sílice en un recipiente sellado.

Figura 3: Placa TLC de gangliósido mixto resuelto. Placa TLC de estándares gangliósidos mixtos resueltos (carril izquierdo) y gangliósidos de materia gris bovina mixta purificada (carril derecho) después de la tinción y calentamiento de resorcinol con placa de cubierta de vidrio recortada en su lugar. Los gangliósidos estándar (de arriba a abajo) son GM3, GM2, GM1, GD3, GD1a, GD1b, GT1b y GQ1b. Después del enfriamiento, la placa se puede tomar imágenes y / o la placa de cubierta se puede pegar con cinta adhesiva en su lugar para su almacenamiento. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
- Tinción general de lípidos para gangliósidos y fosfolípidos.
PRECAUCIÓN: El ácido sulfúrico es tóxico y corrosivo. La adición de ácido concentrado al etanol es exotérmica y debe hacerse lentamente. Prepare el reactivo de tinción en una campana extractora con guantes protectores y gafas de seguridad.
- Prepare la tinción de p-anisaldehído agregando lentamente 15 ml de ácido sulfúrico concentrado a 500 ml de etanol. Revuelva durante 30 minutos para permitir que la solución se enfríe antes de continuar. Agregue 15 ml de p-anisaldehído y revuelva suavemente. Esto puede almacenarse a temperatura ambiente (22 °C) hasta seis meses.
- En una campana de humos químicos, sumerja la placa TLC con gangliósidos resueltos, extremo de origen hacia abajo, en un vaso de precipitados que contenga la mancha de p-anisaldehído. Sumergirse en el frente de carrera durante ≥ 2 s. Retire el TLC de la mancha y deje que drene. Calentar la placa TLC en una placa caliente a baja temperatura para que se desarrolle.
NOTA: Los lípidos aparecerán oscuros sobre un fondo púrpura. La solución de tinción se puede recuperar para su uso repetido.