ריכוז סוכרוז אופטימלי נקבע למיצוי גליקוגן בכבד באמצעות צנטריפוגה הדרגתית של צפיפות סוכרוז. תוספת של שלב רתיחה של 10 דקות לעיכוב אנזימים מפרקים גליקוגן הוכחה כמועילה.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
ריכוז סוכרוז אופטימלי נקבע למיצוי גליקוגן בכבד באמצעות צנטריפוגה הדרגתית של צפיפות סוכרוז. תוספת של שלב רתיחה של 10 דקות לעיכוב אנזימים מפרקים גליקוגן הוכחה כמועילה.
גליקוגן בכבד הוא פולימר גלוקוז היפר-מסועף המעורב בשמירה על רמות הסוכר בדם אצל בעלי חיים. תכונות הגליקוגן מושפעות מהמבנה שלו. לפיכך, שיטת מיצוי מתאימה המבודדת דגימות מייצגות של גליקוגן חיונית לחקר מקרומולקולה זו. בהשוואה לשיטות מיצוי אחרות, שיטה המשתמשת בשלב צנטריפוגה הדרגתית של צפיפות סוכרוז יכולה למזער את הנזק המולקולרי. בהתבסס על שיטה זו, פורסם לאחרונה המתאר כיצד צפיפות תמיסת הסוכרוז המשמשת במהלך הצנטריפוגה השתנתה (30%, 50%, 72.5%) כדי למצוא את הריכוז המתאים ביותר לחילוץ חלקיקי גליקוגן במגוון רחב של גדלים, מה שהגביל את אובדן החלקיקים הקטנים יותר. שלב הרתחה של 10 דקות הוכנס כדי לבדוק את יכולתו לנטרל אנזימים מפרקים גליקוגן ובכך לשמר גליקוגן. ריכוז הסוכרוז הנמוך ביותר (30%) ותוספת שלב הרתיחה הוכחו כמיצוי הדגימות המייצגות ביותר של גליקוגן.
גליקוגן הוא פולימר מורכב והיפר-מסועף של גלוקוז המצוי בבעלי חיים, פטריות וחיידקים1. ביונקים, הגליקוגן בכבד מתפקד כחוצץ גלוקוז בדם, המשמר את ההומאוסטזיס, בעוד הגליקוגן בשריר פועל כמאגר גלוקוז לטווח קצר כדי לספק אנרגיה ישירות2. מבנה הגליקוגן מתואר לעתים קרובות על-ידי שלוש רמות (מוצגות באיור 1): 1. שרשראות ליניאריות נוצרות על-ידי מונומרים של גלוקוז באמצעות (1→4)-α קשרים גליקוזידיים, כאשר נקודות ההסתעפות מחוברות באמצעות (1→6)-α קשרים גליקוזידיים; 2. חלקיקי β מסועפים מאוד (~ 20 ננומטר קוטר) אשר, במיוחד ברקמות כגון שרירי השלד, פועלים כמולקולות גליקוגן עצמאיות 3,4; 3. חלקיקי גליקוגן α גדולים יותר (בקוטר של עד 300 ננומטר) המורכבים מיחידות גליקוגן β קטנות יותר, המצויות בכבד5, בלב6 ובכמה מינים שאינם יונקים7. חלקיקי α בכבד מעכברים סוכרתיים הם שבירים מולקולרית, עם נטייה להתפרק לחלקיקי β כאשר הם מומסים בדימתיל סולפוקסיד (DMSO), בעוד α חלקיקים מבקרות שאינן סוכרתיות נשארים בדרך כלל ללא שינוי. השערה אחת היא כי שבריריות זו עלולה להחמיר את מאזן הגלוקוז הלקוי בדם שנראה בסוכרת, כאשר חלקיקי α השבריריים עלולים לגרום לשיעורים גבוהים יותרשל חלקיקי β 8,9,10,11 המתפרקים במהירות רבה יותר.
שיטות מיצוי גליקוגן מסורתיות מנצלות את התנאים הקשים יחסית של חשיפת רקמת הכבד לתמיסת אלקליין חמה12 או לתמיסות חומצה כגון חומצה טריכלורואצטית (TCA)13 או חומצה פרכלורית (PCA)14. בעוד שהן יעילות בהפרדת הגליקוגן ממרכיבים אחרים של רקמת הכבד, שיטות אלה בהכרח פוגעות במבנה הגליקוגן במידה מסוימת15,16. למרות ששיטות אלה מתאימות למדידה כמותית של תכולת הגליקוגן, הן אינן אידיאליות למחקרים המתמקדים בקבלת מידע מבני על הגליקוגן עקב נזק מבני זה. מאז פיתוח שיטות אלה, פותח הליך מיצוי מתון יותר המשתמש בחיץ טריס קר (הוכח כמעכב פירוק גלוקוזידאז) עם אולטרה-צנטריפוגה הדרגתית של צפיפות סוכרוז 17,18,19. כאשר ה- pH נשלט ב~8, שיטה זו אינה מכפיפה את הגליקוגן להידרוליזה חומצית או בסיסית שנצפתה בהליכים קודמים.
צפיפות סוכרוז אולטרה-צנטריפוגה הדרגתית של רקמת כבד הומוגנית יכולה להפריד חלקיקי גליקוגן מרוב חומר התא. במידת הצורך, ניתן לבצע טיהור נוסף על ידי כרומטוגרפיה של אי הכללת גודל הכנה, וכתוצאה מכך איסוף של גליקוגן מטוהר עם חלבונים הקשורים לגליקוגן מחוברים20. למרות ששיטה זו, בתנאים מתונים יותר, נוטה יותר לשמר את מבנה הגליקוגן, קשה למנוע אובדן חלק מהגליקוגן בסופרנטנט, במיוחד חלקיקי גליקוגן קטנים יותר שהם פחות צפופים15. גורם אפשרי נוסף לאובדן הגליקוגן הוא שהתנאים המתונים יותר מאפשרים פירוק אנזימטי מסוים, וכתוצאה מכך תפוקת הגליקוגן נמוכה יותר בהשוואה לשיטות מיצוי קשות יותר. מחקר שנערך לאחרונה דיווח על אופטימיזציה של שיטת מיצוי הגליקוגן בכבד כדי לשמר את המבנה של גליקוגן21. כאן נבדקו ריכוזי סוכרוז שונים (30%, 50%, 72.5%) כדי לקבוע אם ריכוזי סוכרוז נמוכים יותר מזערו את אובדן חלקיקי הגליקוגן הקטנים יותר. הרציונל היה שהצפיפות הנמוכה יותר תאפשר לחלקיקים קטנים וצפופים פחות לחדור את שכבת הסוכרוז ולהצטבר בכדורית עם שאר הגליקוגן.
במחקר זה, שיטות המיצוי עם ובלי שלב הרתחה של 10 דקות הושוו כדי לבדוק אם אנזימי פירוק גליקוגן יכולים להיות דנטורציה, וכתוצאה מכך מיצוי של יותר גליקוגן שהיה גם ללא פירוק חלקי. התפלגות גודל מולקולרית שלמה והתפלגויות אורך שרשרת הגליקוגן שימשו לקביעת מבנה הגליקוגן המופק, בדומה לאופטימיזציה של מיצוי עמילן שפורסמה קודם לכן22. כרומטוגרפיית אי הכללת גודל (SEC) עם זיהוי אינדקס שבירה דיפרנציאלי (DRI) שימשה להשגת התפלגות הגודל של הגליקוגן, המתארות את המשקל המולקולרי הכולל כפונקציה של גודל מולקולרי. אלקטרופורזה של פחמימות בסיוע פלואורופור (FACE) שימשה לניתוח התפלגות אורך השרשרת, המתארות את המספר היחסי של שרשראות גלוקוזיד בכל גודל נתון (או מידת פילמור). מאמר זה מתאר את המתודולוגיה של חילוץ גליקוגן מרקמות הכבד בהתבסס על מחקר האופטימיזציה הקודם21. הנתונים מצביעים על כך שהשיטה המתאימה ביותר לשימור מבנה הגליקוגן היא ריכוז סוכרוז של 30% עם שלב רתיחה של 10 דקות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כבדי עכברים ששימשו לאופטימיזציה של הליך זה21 היו מ-12 עכברי רקע זכרים מסוג BKS-DB/Nju (בני 7.2 שבועות, ראו טבלת חומרים). השימוש בבעלי חיים אושר על ידי בית החולים רנמין של ועדת הטיפול והאתיקה בבעלי חיים של אוניברסיטת ווהאן, גיליון IACUC מס '. WDRM 20181113.
1 רקמות בעלי חיים
2. הכנת חיץ וריאגנטים
3. מיצוי גליקוגן (איור 2)
4. קביעת תכולת הגליקוגן (איור 3)
5. תפוקת נפט גולמי, תפוקת גליקוגן וקביעת טוהר
6. ניתוח התפלגות אורך שרשרת (איור 4)
7. ניתוח התפלגות גודל מולקולרית (איור 5)
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בעוד שההליך המתואר לעיל הוא לשיטה האופטימלית ביותר (30% סוכרוז בתוספת שלב רתיחה של 10 דקות), הנתונים מסופקים כאן עבור גליקוגן המופק באמצעות שלושה ריכוזי סוכרוז (30%, 50%, 72.5%), עם וללא שלב רותח, כפי שתואר קודם לכן21. בעקבות הפרוטוקול, הטוהר, התפוקה הגולמית ותפוקת הגליקוגן של גליקוגן יבש המופק בתנאים שונים ניתנים בטבלה 1, שהועתקהמ-21. לא נמצאו הבדלים משמעותיים בתפוקת הנפט הגולמי ובתפוקת הגליקוגן בין הקבוצות שהופקו בתנאים השונים. לעומת זאת, טוהר הגליקוגן הו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מחקרים קודמים הראו כי מבנה הגליקוגן חשוב לתכונותיו; לדוגמה, הגודל המולקולרי משפיע על קצב ההתפרקות של גליקוגן10, והתפלגות אורך השרשרת משפיעה על מסיסותו26. כדי להבין כראוי את היחסים הללו, חשוב לחלץ גליקוגן בהליך המבודד, ככל האפשר, דגימה מייצגת ולא פגומה. שיטות מיצוי מסורתיות השתמשו בתנאי אלקליין חם או חומצה קרה. בעוד שהן יעילות בהפרדת הגליקוגן מרכיבי רקמה אחרים, שיטות אלה הן קשות מבחינה כימית והוכחו כפוגעות במבנה המולקולרי של גליקוגן27.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
המחברים אסירי תודה למר גאושנג וו ולמיס יונוון ג'ו על הסיוע הטכני עם FACE ולמר ג'נשיה הו ומר דנגבין על הסיוע הטכני עם SEC. MAS נתמכת על ידי מלגת מחקר התעשייה של קווינסלנד מתקדמת, קרן מאטר, נאמני הון ונאמנויות L G McCallam Est וג'ורג' וויבר. עבודה זו נתמכה על ידי התוכנית האקדמית המועדפת של מוסדות להשכלה גבוהה בג'יאנגסו, קרן מדעי הטבע של סין C1304013151101138 מענקים, ותוכנית הכישרונות לחדשנות ויזמות של ג'יאנגסו לשנת 2017. איור 1-5 נוצרו באמצעות BioRender.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 8-aminopyrene-1,3,6-trisulfonate (APTS) | SIGMA Aldrich | 9341 | תמיסת 0.1 M |
| חומצה אצטית | SIGMA Aldrich | 695092 | 0.1 M, pH 3.5 תמיסת Agilent |
| 1260 Infinity SEC system | Agilent, סנטה קלרה, קליפורניה, ארה"ב | כרומטוגרפיה של אי הכללת גודל (SEC) | |
| BKS-DB/Nju עכברי רקע | המחקר הביו-רפואי של נאנג'ינג של אוניברסיטת נאנג'ינג | ||
| ערכת בדיקת D-גלוקוז (פורמט GOPOD) | מגה-זים | K-GLUC | |
| חומצה אתילנדיניטרילוטטראצטית (EDTA) | SIGMA Aldrich | ||
| IKA | T 25 | ||
| חומצה הידרוכלורית | SIGMA Aldrich | 2104 | תמיסה 0.1 M |
| חומצה הידרוכלורית | SIGMA Aldrich | 2104 | תמיסה 0.1 M |
| מערכת P / ACE MDQ plus Ab | Sciex, ארה"ב | אלקטרופורזה של פחמימות בסיוע פלואורופור (FACE) | |
| גלאי מקדם שבירה | Optilab UT-rEX, וויאט, סנטה ברברה, קליפורניה, ארה"ב) | כרומטוגרפיה של אי הכללת גודל (SEC) | |
| נתרן אצטט | SIGMA Aldrich | 241245 | 1 M, תמיסת pH 4.5 |
| נתרן אזיד | SIGMA Aldrich | S2002 | |
| נתרן כלורי | SIGMA Aldrich | S9888 | |
| נתרן ציאנובורוהידריד | SIGMA Aldrich | 156159 | תמיסה 1 M |
| נתרן פלואוריד | SIGMA Aldrich | 201154 | |
| נתרן הידרוקסיד | SIGMA Aldrich | 43617 | תמיסה 0.1 M |
| נתרן חנקתי | SIGMA Aldrich | NISTRM8569 | |
| נתרן פירופוספט | SIGMA Aldrich | 221368 | |
| Sucrose | SIGMA Aldrich | V90016 | |
| SUPREMA קדם עמודה, 1,000 ו-10,000 עמודות | שירותי תקני פולימרים, מיינץ, גרמניה | כרומטוגרפיה של אי הכללת גודל (SEC) | |
| Trizma | SIGMA Aldrich | T 1503 | |
| צינורות אולטרה-צנטריפוגה | בקמן | 4 מ"ל, צינור פתוח בעל דופן דקה, 11 x 60 מ"מ |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.