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Le prélèvement de tissus a été effectué dans les conditions autorisées par le Comité de soins et d’utilisation des animaux de Johns Hopkins.
1. Extraction de gangliosides à petite échelle et purification partielle
ATTENTION : Utilisez une ventilation appropriée lorsque vous travaillez avec des solvants volatils et toxiques. Évitez le plastique partout; les solvants extraient les composants chimiques de nombreux plastiques qui interfèrent avec les analyses ultérieures. Le polytétrafluoroéthylène (PTFE) est une exception; Des fermetures revêtues de PTFE doivent être utilisées pour boucher les flacons de stockage en verre.
- Extraction
- Peser un seul cerveau de souris frais ou décongelé (ou demi-cerveau sagittal, ~ 0,2-0,5 g) et placer dans un homogénéisateur Potter-Elvehjem pré-refroidi dans un seau de glace.
REMARQUE: Les cerveaux précédemment congelés peuvent être utilisés après décongélation à 0-4 ° C.
- Ajouter 4,1 mL par g de poids d’eau humide et homogénéiser à 10 coups.
REMARQUE: Des rapports de solvants précis sont la clé d’une extraction et d’une partition optimales, l’objectif est chloroforme-méthanol-aqueux (4: 8: 3) en supposant que le tissu cérébral est aqueux à 80%.
- Ajouter 13 mL par g de poids humide tissulaire de méthanol, passer à la température ambiante (22 °C) et mélanger.
REMARQUE: La solution apparaîtra trouble. L’ajout de méthanol à cette étape, sans chloroforme, optimise la précipitation des protéines. Toutes les étapes suivantes sont à température ambiante (22 °C).
- Transférer dans un tube à vis en verre à paroi épaisse avec un bouchon à vis doublé de PTFE à température ambiante (22 °C) et bien mélanger. Ajouter 6,5 mL par g de poids humide de chloroforme, de capuchon et bien mélanger. Centrifuger à 450 x g pendant 15 min. Transférer le surnageant transparent dans un tube frais bouché à vis et mesurer le volume, « volume d’extrait récupéré ».
- Partition
- Ajouter 0,173 fois le « volume d’extrait récupéré » d’eau au surnageant clair, au bouchon, au vortex vigoureusement et à la centrifugeuse comme décrit à l’étape 1.1.4.
NOTE: L’objectif est d’avoir du chloroforme-méthanol-aqueux dans le rapport 4: 8: 5,6. Le mélange sera trouble et se résoudra en deux phases: une phase supérieure riche en aqueux et une phase inférieure riche en chloroforme à un rapport ~ 4: 1. Attendez 60 min ou centrifugez à 450 x g pendant 15 min pour une séparation de phase complète.
- Transférez la phase supérieure, qui contient les gangliosides, dans un tube en verre frais avec un bouchon à vis doublé de PTFE.
- Chromatographie sur cartouche en phase inverse
- À l’aide d’une seringue en verre de 5 mL, laver une cartouche d’extraction en phase solide tC18 (400 mg) avec 3 mL de méthanol, puis 3 mL de chloroforme-méthanol-eau (2:43:55). Chargez la phase supérieure de l’étape 1.2.2 sur la cartouche tC18 à l’aide de la même seringue en verre, collectez le flux et rechargez-le sur la colonne pour optimiser l’adsorption.
- À l’aide de la seringue en verre, laver la cartouche avec 3 mL de chloroforme-méthanol-eau (2:43:55) puis 3 mL de méthanol-eau (1:1).
- Éluez les gangliosides avec 3 mL de méthanol dans un tube frais à bouchon vissé. Évaporer à sec sous un doux jet d’azote à ≤ 45 °C. Dissoudre dans le méthanol à 1 mL par g de poids humide des tissus d’origine.
2. Extraction et purification des gangliosides à grande échelle
ATTENTION : Lorsque vous travaillez avec des solvants volatils, utilisez des mélangeurs antidéflagrants. N’utilisez pas de plastique à l’exception du PTFE. Le tétrahydrofurane, le chloroforme et l’éther éthylique sont des composés organiques volatils toxiques. Travaillez dans une hotte avec des gants de protection et des lunettes de sécurité.
- Extraction
- Décongeler le cerveau de bovin congelé à 4 °C pendant plusieurs heures. Disséquez la matière grise des méninges et de la substance blanche.
REMARQUE: La procédure suivante est décrite pour 100 ± 20 g de matière grise cérébrale isolée et est évolutive.
- Placer 100 g de matière grise cérébrale dans un mélangeur et ajouter 1 mL par g de poids humide cérébral de 10 mM réfrigéré tampon de phosphate de potassium pH 6,8. Homogénéiser à basse température pendant 20 s. Ajouter 8 mL de tétrahydrofurane par g de poids humide du cerveau et homogénéiser à faible intensité pendant 10 s. Décanter dans des bouteilles de centrifugeuse en verre et centrifuger à 5 000 x g pendant 15 min à température ambiante (22 °C).
- Collectez le surnageant, mesurez son volume et transférez-le dans un entonnoir de séparation de verre. Ajouter 0,3 mL d’éther éthylique par mL du surnageant. Agiter vigoureusement, puis laisser reposer sans être dérangé pendant 30 min au cours desquelles deux phases, une phase éther supérieure et une phase aqueuse inférieure, se séparent. Recueillir la phase inférieure, qui contient les gangliosides, dans une bouteille en verre avec un bouchon doublé de PTFE.
- À la phase supérieure (éther) restant dans l’entonnoir de séparation, ajouter 0,1 mL d’eau par mL de surnageant d’origine (étape 2.1.3). Agiter vigoureusement, laisser les phases se séparer, recueillir la phase inférieure (aqueuse) et combiner avec la phase inférieure précédente. Évaporer les phases inférieures combinées en une poudre sèche et peser.
- Saponification
- Ajouter 10 mL de NaOH aqueux de 100 mM par g de poudre dans un tube scellé. Mélanger et incuber à 37 °C pendant 3 h. Laisser refroidir et ajuster à pH 4,5 par addition goutte à goutte de 100 mM de HCl aqueux. Mesurer le volume et transférer dans un entonnoir séparateur de verre.
REMARQUE: Les acides sialiques sont labiles acides; éviter l’acidification en dessous de pH 4,5.
- Sur la base du volume aqueux, ajouter 2,67 volumes de méthanol, mélanger doucement, puis ajouter 1,33 volume de chloroforme pour créer une solution monophasée de chloroforme-méthanol-aqueux (4:8:3). Bien mélanger.
- Sur la base du volume aqueux d’origine, ajouter 2,6 volumes d’eau pour amener le mélange au chloroforme-méthanol-aqueux dans un rapport de 4:8:5,6. Agiter vigoureusement, puis laisser reposer sans être dérangé pour séparer deux phases, une phase supérieure polaire contenant les gangliosides et une phase inférieure non polaire. Recueillir la phase supérieure dans une bouteille en verre avec un bouchon doublé de PTFE.
REMARQUE: Les lipides non sialylés n’apparaîtront pas sur les plaques de chromatographie sur couche mince (TLC) colorées à l’aide de résorcinol, mais apparaîtront lors de l’utilisation d’une coloration p-anisaldéhyde. Le but de cette saponification est d’éliminer les composés O-acétylés tels que les phospholipides.
- Chromatographie en phase inverse
- Prélavez une cartouche d’extraction en phase solide tC18 à grande échelle (10 g) en faisant passer 50 mL de chacun des trois solvants suivants à travers la colonne sous vide ou sous pression (<1 min par lavage) : méthanol, méthanol-eau (1:1), puis chloroforme-méthanol-eau (2:43:55). Chargez la phase supérieure de l’étape 2.2.3 sur la colonne par vide ou pression, collectez le flux, rechargez et collectez le flux.
- Laver la colonne avec 30 mL de chloroforme-méthanol-eau (2:43:55), puis 30 mL de méthanol-eau (1:1), puis éluer les gangliosides avec 50 mL de méthanol, et de nouveau avec 10 mL de méthanol, en recueillant chaque lavage et chaque élution séparément. En utilisant TLC (ci-dessous), confirmer que le ganglioside est absent de l’écoulement et se lave et élue lors de la première élution (50 mL de méthanol). Évaporer les gangliosides élués en une poudre sèche et peser.
REMARQUE: Le but de la chromatographie tC18 est de séparer les gangliosides de moins en plus de contaminants polaires. Le rendement en ganglioside cérébral mixte après saponification est d’environ 120 mg par g d’extrait de cerveau sec (étape 2.1.4). L’apparition de gangliosides par TLC dans l’écoulement ou les lavages indique que la colonne d’extraction en phase solide était saturée. Après l’élution du méthanol, la colonne peut être éluée avec du chloroforme-méthanol (1:1) pour capturer moins de lipides polaires.
- Purification HPLC de gangliosides individuels
- Préparer le solvant CLHP A : tampon aqueux de phosphate de sodium acétonitrile-5 mM pH 5,6 (83:17) et solvant B : tampon phosphate de sodium acétonitrile-20 mM, pH 5,6 (1:1). Dégazez les deux solvants pendant 5 min.
- Pré-équilibrant une colonne HPLC (colonne de 20 x 250 mm remplie de sphères de silice liées aux amines (NH2), diamètre 5 μm, taille des pores 100 Å) avec 100% de solvant A pendant 20 min à 5 mL/min. Réglez un détecteur d’effluents à colonne HPLC UV à 215 nm.
- Dissoudre la poudre de ganglioside de la phase inverse éluer dans l’eau à 5 mg/mL. Injecter 0,5 mL du mélange de ganglioside sur la CLHP et exécuter le gradient de solvant (tableau 1) à 5 mL/min, en recueillant les fractions. Les gangliosides apparaîtront comme des pics A215 avec des temps de rétention (gangliosides cérébraux majeurs) de 25-70 min: GM1 ≈ 28 min; GD1a ≈ 38 min; GD1b ≈ 46 min; GT1b ≈ 65 min. Rééquilibrer 20 min avec le solvant A après chaque exécution. Analyser les fractions par chromatographie sur couche mince.
| Temps (min) | %A | %B |
| 0 | 100 | 0 |
| 7 | 100 | 0 |
| 12 | 63 | 37 |
| 82 | 54 | 46 |
| 82.01 | 0 | 100 |
| 92 | 0 | 100 |
Tableau 1 : Gradient de solvant pour la CLHP.
3. Analyse par chromatographie sur couche mince (TLC) des gangliosides
ATTENTION : Le chloroforme est un composé organique volatil toxique. Travaillez dans une hotte avec des gants de protection et des lunettes de sécurité.
- Préparation de solvant et de plaque TLC en cours d’exécution
- Préparer un solvant courant de chloroforme-méthanol-aqueux à 0,25 % KCl (60:35:8 en volume). Versez dans une chambre TLC en verre de 10 cm x 10 cm avec un couvercle en acier inoxydable de sorte que la profondeur du solvant soit d’environ 0,5 cm. Couvrir et laisser s’équilibrer dans une zone exempte de courants d’air pendant >10 min.
REMARQUE:Pour isoler la chambre TLC des courants d’air, une boîte acrylique à 5 côtés peut être construite ou achetée (Figure 2). N’utilisez pas de papier filtre saturé de solvant à l’intérieur de la chambre.
- Placez une plaque TLC haute performance enduite de gel de silice de 10 cm x 10 cm ou 5 cm x 10 cm dans un four de séchage à 125 °C pendant 10 min. Laisser refroidir. Utilisez un crayon #2 émoussé pour dessiner des lignes de repérage de 5 mm avec des séparations de 2 mm le long d’une ligne située à 1 cm au-dessus du fond de la plaque et à au moins 1 cm de chaque côté (Figure 3). Évitez de déranger la couche de silice lors du marquage.
- Préparer un mélange standard de gangliosides purs dans du méthanol contenant 100 μM GM1, 50 μM chacun de GD1a et GD1b et 33 μM de GT1b.
REMARQUE: Ce mélange contient 100 pmol d’acide sialique ganglioside par μL pour chacun des quatre gangliosides, une quantité qui fournit un signal colorimétrique fort par coloration au résorcinol, qui dépend de l’acide sialique.
- Résolution ganglioside
- Lavez une seringue Hamilton de 10 μL avec une aiguille biseautée avec du méthanol. Aspirer 1 μL de méthanol dans une seringue en verre pour remplir le volume mort de l’aiguille, puis 1 μL d’échantillon ou d’étalon. Repérez l’échantillon uniformément sur les lignes prémarquées de 5 mm jusqu’à ce qu’il reste <1 μL de solvant (méthanol) dans la seringue. Laisser sécher la plaque à température ambiante (22 °C) après avoir repéré tous les échantillons.
REMARQUE: Lavez la seringue avec du méthanol entre le chargement de l’échantillon. Un ventilateur à air non chauffé réglé à basse température peut être utilisé pour accélérer le séchage.
- Placez la plaque tachetée et séchée dans la chambre TLC prééquilibrée avec le bord inférieur immergé dans le solvant et le couvercle en cours d’exécution et protégez-le des courants d’air (Figure 2). Laissez le solvant en marche avancer vers le haut de la plaque par action capillaire jusqu’à ce que le front du solvant atteigne à moins de 1 cm du sommet de la plaque. Retirez et marquez le front du solvant sur le bord de la plaque avec un crayon. Laissez les solvants s’évaporer complètement sans être dérangés ou sous un flux d’air doux.

Figure 2 : Équipement et configuration du TLC ganglioside. Une chambre à double auge est remplie à ≈ 0,5 cm des deux côtés avec du solvant courant. La plaque est placée contre un côté avec l’extrémité d’origine immergée dans le tampon de course. La chambre est recouverte d’une boîte en acrylique pour éviter les courants d’air. Panneau A, vue latérale avant l’insertion de la plaque. Le niveau de solvant est visible à quelques mm au-dessus du fond de la chambre; Panneau B, vue de face pendant le développement. Le front de solvant est visible à environ 40% du chemin vers le haut de la plaque. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
- Coloration au ganglioside
ATTENTION : Les taches de réactif sont toxiques. L’acide chlorhydrique est corrosif et toxique. Préparez et vaporisez des réactifs dans une hotte avec des gants de protection et des lunettes de sécurité.
REMARQUE: La plaque peut être imagée pour une analyse qualitative de l’image ou stockée en retirant les pinces et en fixant la plaque de couverture en place avec du ruban adhésif transparent. L’analyse quantitative peut être effectuée en mesurant la densitométrie des étalons gangliosides repérés dans les voies adjacentes.
- Préparer le réactif de pulvérisation de résorcinol pour la détection des gangliosides à base de leurs acides sialiques. Dissoudre 6 g de résorcinol dans 100 mL d’eau pour obtenir un stock de résorcinol à 6 %. Dissoudre 1 g de CuSO4 dans 100 mL d’eau pour obtenir un bouillon de 1 %. À 64,7 mL d’eau, ajouter 5 mL du stock de résorcinol à 6 %, 0,31 mL du stock de CuSO4 à 1 %, puis ajouter lentement 30 mL de HCl concentré et remuer doucement. Peut être conservé à 4 °C pendant un mois.
- Dans une hotte à fumée chimique, placez la plaque TLC avec des gangliosides résolus, origine finie, dans une boîte en carton découpée pour protéger les parois de la hotte des projections acides. Placez le réactif de pulvérisation de résorcinol dans un pulvérisateur TLC en verre, fixez-le à une source d’azote sous pression et vaporisez légèrement la plaque en diagonale dans les directions verticale et horizontale. Vaporisez la surface du sorbant TLC uniformément, mais légèrement.
- Recouvrez immédiatement la plaque avec une plaque de couverture en verre sec propre de mêmes dimensions et fixez la plaque de couverture en place à l’aide de clips de liant (Figure 3). Chauffer la plaque couverte à 125 °C pendant 20 min. Les gangliosides apparaîtront violet foncé sur un fond blanc.
REMARQUE: La plaque ne doit pas sembler humide lorsque la pulvérisation est terminée. Les plaques de couverture peuvent être façonnées en grattant le sorbant des plaques TLC précédemment utilisées à l’aide d’une lame de rasoir à un seul bord.
ATTENTION : La poudre de silice est toxique pour les poumons. Utilisez un masque et jetez la silice dans un récipient scellé.

Figure 3 : Plaque TLC de ganglioside mixte résolu. Plaque TLC de normes mixtes de ganglioside résolues (voie de gauche) et de gangliosides de matière grise bovine mélangée purifiée (voie de droite) après coloration et chauffage du résorcinol avec plaque de couverture en verre clipsée en place. Les gangliosides standard (de haut en bas) sont GM3, GM2, GM1, GD3, GD1a, GD1b, GT1b et GQ1b. Après refroidissement, la plaque peut être imagée et / ou la plaque de couverture scotchée en place pour le stockage. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
- Coloration lipidique générale pour les gangliosides et les phospholipides.
ATTENTION : L’acide sulfurique est toxique et corrosif. L’ajout d’acide concentré à l’éthanol est exothermique et doit être fait lentement. Préparez le réactif de coloration dans une hotte avec des gants de protection et des lunettes de sécurité.
- Préparer la coloration p-anisaldéhyde en ajoutant lentement 15 mL d’acide sulfurique concentré à 500 mL d’éthanol. Remuer pendant 30 min pour laisser refroidir la solution avant de continuer. Ajouter 15 mL de p-anisaldéhyde et remuer doucement. Celui-ci peut être conservé à température ambiante (22 °C) jusqu’à six mois.
- Dans une hotte à fumée chimique, trempez la plaque TLC avec des gangliosides résolus, extrémité d’origine vers le bas, dans un bécher contenant la tache de p-anisaldéhyde. Immergez-vous vers le front de course pendant ≥ 2 s. Enlever le TLC de la tache et laisser s’écouler. Chauffer la plaque TLC sur une plaque chauffante à basse température pour la développer.
REMARQUE: Les lipides apparaîtront sombres sur un fond violet. La solution de coloration peut être récupérée pour une utilisation répétée.