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La raccolta dei tessuti è stata eseguita alle condizioni autorizzate dal Johns Hopkins Animal Care and Use Committee.
1. Estrazione del ganglioside su piccola scala e purificazione parziale
ATTENZIONE: Utilizzare un'adeguata ventilazione quando si lavora con solventi volatili e tossici. Evitare la plastica in tutto; i solventi estrarranno componenti chimici da molte materie plastiche che interferiscono con le analisi successive. Il politetrafluoroetilene (PTFE) è un'eccezione; Le chiusure rivestite in PTFE devono essere utilizzate per tappare i flaconcini di stoccaggio in vetro.
- Estrazione
- Pesare un singolo cervello di topo fresco o scongelato (o mezzo cervello sagittale, ~ 0,2-0,5 g) e metterlo in un omogeneizzatore Potter-Elvehjem prechilled in un secchio di ghiaccio.
NOTA: cervelli precedentemente congelati possono essere utilizzati dopo lo scongelamento a 0-4 °C.
- Aggiungere 4,1 ml per g di tessuto peso umido di acqua e omogeneizzare con 10 colpi.
NOTA: rapporti solventi accurati sono fondamentali per l'estrazione e la partizione ottimali, l'obiettivo è cloroformio-metanolo-acquoso (4: 8: 3) supponendo che il tessuto cerebrale sia acquoso all'80%.
- Aggiungere 13 ml per g di peso umido di metanolo, passare alla temperatura ambiente (22 °C) e mescolare.
NOTA: la soluzione apparirà torbida. L'aggiunta di metanolo in questa fase, senza cloroformio, ottimizza la precipitazione delle proteine. Tutti i passaggi successivi sono a temperatura ambiente (22 °C).
- Trasferire in un tubo di vetro a vite a parete spessa con tappo a vite rivestito in PTFE a temperatura ambiente (22 °C) e mescolare accuratamente. Aggiungere 6,5 ml per g di tessuto peso umido di cloroformio, cappuccio e mescolare accuratamente. Centrifuga a 450 x g per 15 min. Trasferire il surnatante trasparente in un nuovo tubo con tappo a vite e misurare il volume, "volume di estratto recuperato".
- Partizione
- Aggiungere 0,173 volte il "volume di estratto recuperato" di acqua al surnatante trasparente, al cappuccio, al vortice vigorosamente e alla centrifuga come descritto al punto 1.1.4.
NOTA: L'obiettivo è quello di avere cloroformio-metanolo-acquoso nel rapporto 4:8:5.6. La miscela sarà torbida e si risolverà in due fasi: una fase superiore ricca di acqua e una fase inferiore ricca di cloroformio con un rapporto ~ 4: 1. Attendere 60 minuti o centrifugare a 450 x g per 15 minuti per la completa separazione di fase.
- Trasferire la fase superiore, che contiene i gangliosidi, in un tubo di vetro fresco con un tappo a vite rivestito in PTFE.
- Cromatografia a cartuccia in fase inversa
- Utilizzando una siringa di vetro da 5 ml, lavare una cartuccia di estrazione in fase solida tC18 (400 mg) con 3 ml di metanolo, quindi 3 ml di cloroformio-metanolo-acqua (2:43:55). Caricare la fase superiore dal passaggio 1.2.2 sulla cartuccia tC18 utilizzando la stessa siringa di vetro, raccogliere il flusso passante e ricaricarlo sulla colonna per ottimizzare l'adsorbimento.
- Utilizzando la siringa di vetro, lavare la cartuccia con 3 mL di cloroformio-metanolo-acqua (2:43:55), quindi 3 ml di metanolo-acqua (1:1).
- Eluire i gangliosidi con 3 ml di metanolo in un nuovo tubo tappo a vite. Evaporare a secco sotto un leggero flusso di azoto a ≤ 45 °C. Sciogliere in metanolo a 1 ml per g di peso umido del tessuto originale.
2. Estrazione e purificazione del ganglioside su larga scala
ATTENZIONE: Quando si lavora con solventi volatili, utilizzare frullatori resistenti alle esplosioni. Non utilizzare materie plastiche ad eccezione del PTFE. Tetraidrofurano, cloroformio ed etere etilico sono composti organici volatili tossici. Lavora in una cappa aspirante con guanti protettivi e occhiali di sicurezza.
- Estrazione
- Scongelare il cervello bovino congelato a 4 °C per diverse ore. Seziona la materia grigia dalle meningi e dalla sostanza bianca.
NOTA: La seguente procedura è descritta per 100 ± 20 g di materia grigia cerebrale isolata ed è scalabile.
- Mettere 100 g di materia grigia cerebrale in un frullatore e aggiungere 1 mL per g di peso cerebrale bagnato di tampone di fosfato di potassio refrigerato da 10 mM pH 6,8. Omogeneizzare su basso per 20 s. Aggiungere 8 ml di tetraidrofurano per g di peso umido cerebrale e omogeneizzare sul basso per 10 s. Decantare in bottiglie di centrifuga di vetro e centrifugare a 5.000 x g per 15 minuti a temperatura ambiente (22 °C).
- Raccogliere il surnatante, misurarne il volume e trasferirlo in un imbuto separatore di vetro. Aggiungere 0,3 mL di etere etilico per mL del surnatante. Agitare vigorosamente, quindi lasciare riposare indisturbati per 30 minuti durante i quali due fasi, una fase etere superiore e una fase acquosa inferiore, si separano. Raccogliere la fase inferiore, che contiene i gangliosidi, in una bottiglia di vetro con un tappo rivestito in PTFE.
- Alla fase superiore (etere) che rimane nell'imbuto separatore, aggiungere 0,1 ml di acqua per mL di surnatante originale (passaggio 2.1.3). Agitare vigorosamente, lasciare che le fasi si separino, raccogliere la fase inferiore (acquosa) e combinarla con la fase inferiore precedente. Evaporare le fasi inferiori combinate in polvere secca e pesare.
- Saponificazione
- Aggiungere 10 mL di 100 mM di NaOH acquoso per g di polvere in un tubo sigillato. Mescolare e incubare a 37 °C per 3 h. Lasciare raffreddare e regolare a pH 4,5 con l'aggiunta a goccia di 100 mM di HCl acquoso. Misurare il volume e trasferirlo in un imbuto separatore di vetro.
NOTA: Gli acidi sialici sono acido labile; evitare l'acidificazione al di sotto del pH 4,5.
- In base al volume acquoso, aggiungere 2,67 volumi di metanolo, mescolare delicatamente, quindi aggiungere 1,33 volumi di cloroformio per creare una soluzione monofase di cloroformio-metanolo-acquoso (4:8:3). Mescolare bene.
- Sulla base del volume acquoso originale, aggiungere 2,6 volumi di acqua per portare la miscela a cloroformio-metanolo-acquoso in un rapporto di 4:8:5,6. Agitare vigorosamente, quindi lasciare riposare indisturbati per separare due fasi, una fase superiore polare contenente i gangliosidi e una fase inferiore non polare. Raccogliere la fase superiore in una bottiglia di vetro con un tappo rivestito in PTFE.
NOTA: I lipidi non sialilati non appariranno su lastre di cromatografia a strato sottile (TLC) colorate con resorcinolo, ma appariranno quando si utilizza una colorazione di p-anisaldeide. Lo scopo di questa saponificazione è quello di rimuovere i composti O-acetilati come i fosfolipidi.
- Cromatografia in fase inversa
- Prelavare una cartuccia di estrazione in fase solida tC18 su larga scala (10 g) facendo passare 50 ml di ciascuno dei seguenti tre solventi attraverso la colonna usando vuoto o pressione (<1 min ogni lavaggio): metanolo, metanolo-acqua (1:1), quindi cloroformio-metanolo-acqua (2:43:55). Caricare la fase superiore dal passaggio 2.2.3 sulla colonna mediante vuoto o pressione, raccogliere il flusso, ricaricare e raccogliere il flusso attraverso.
- Lavare la colonna con 30 ml di cloroformio-metanolo-acqua (2:43:55), quindi 30 ml di metanolo-acqua (1:1), quindi eluire i gangliosidi con 50 ml di metanolo e di nuovo con 10 ml di metanolo, raccogliendo ogni lavaggio e ogni eluizione separatamente. L'uso di TLC (sotto) conferma che il ganglioside è assente dal flusso attraverso e lava ed eluito nella prima eluizione (50 ml di metanolo). Evaporare i gangliosidi eluiti in polvere secca e pesare.
NOTA: Lo scopo della cromatografia tC18 è quello di separare i gangliosidi da un numero sempre minore di contaminanti polari. La resa mista di ganglioside cerebrale dopo saponificazione è di ~ 120 mg per g di estratto secco di cervello (fase 2.1.4). La comparsa di gangliosidi da parte di TLC nel flusso attraverso o lava indica che la colonna di estrazione in fase solida era satura. Dopo l'eluizione del metanolo, la colonna può essere ulteriormente eluita con cloroformio-metanolo (1:1) per catturare meno lipidi polari.
- Purificazione HPLC dei singoli gangliosidi
- Preparare il solvente HPLC A: tampone acquoso fosfato di sodio acetonitrile-5 mM pH 5,6 (83:17) e solvente B: tampone acetonitrile-20 mM fosfato di sodio, pH 5,6 (1:1). Degassare entrambi i solventi per 5 min.
- Pre-equilibrare una colonna HPLC (colonna 20 x 250 mm imballata con sfere di silice legate all'ammina (NH2), diametro 5 μm, dimensione dei pori 100 Å) con solvente A al 100% per 20 minuti a 5 ml / min. Impostare un rilevatore di effluenti a colonna UV HPLC su 215 nm.
- Sciogliere la polvere di ganglioside dall'eluato di fase inversa in acqua a 5 mg/ml. Iniettare 0,5 mL della miscela di gangliosidi sull'HPLC ed eseguire il gradiente del solvente (Tabella 1) a 5 ml/min, raccogliendo le frazioni. I gangliosidi appariranno come picchi A215 con tempi di ritenzione (gangliosidi cerebrali maggiori) di 25-70 min: GM1 ≈ 28 min; GD1a ≈ 38 min; GD1b ≈ 46 min; GT1b ≈ 65 min. Riequilibrare 20 minuti con solvente A dopo ogni corsa. Analizzare le frazioni mediante cromatografia a strato sottile.
| Tempo (min) | %A | %B |
| 0 | 100 | 0 |
| 7 | 100 | 0 |
| 12 | 63 | 37 |
| 82 | 54 | 46 |
| 82.01 | 0 | 100 |
| 92 | 0 | 100 |
Tabella 1: Gradiente del solvente per HPLC.
3. Analisi cromatografica su strato sottile (TLC) dei gangliosidi
ATTENZIONE: Il cloroformio è un composto organico volatile tossico. Lavora in una cappa aspirante con guanti protettivi e occhiali di sicurezza.
- Preparazione di solventi e piastre TLC in esecuzione
- Preparare un solvente corrente di cloroformio-metanolo-acquoso 0,25% KCl (60:35:8 in volume). Versare in una camera TLC di vetro di 10 cm x 10 cm con un coperchio in acciaio inossidabile in modo che la profondità del solvente sia di ~ 0,5 cm. Coprire e lasciare equilibrare in un'area priva di correnti d'aria per >10 min.
NOTA: per isolare la camera TLC dalle correnti d'aria, è possibile costruire o acquistare una scatola acrilica a 5 lati (Figura 2). Non utilizzare carta da filtro satura di solvente all'interno della camera.
- Posizionare una piastra TLC ad alte prestazioni rivestita in gel di silice da 10 cm x 10 cm o 10 cm in un forno di essiccazione a 125 °C per 10 minuti. Lasciare raffreddare. Utilizzare una matita #2 opaca per disegnare linee di spotting da 5 mm con separazioni di 2 mm lungo una linea 1 cm sopra il fondo della piastra e almeno 1 cm da entrambi i lati (Figura 3). Evitare di disturbare lo strato di silice durante la marcatura.
- Preparare una miscela standard di gangliosidi puri in metanolo contenente 100 μM GM1, 50 μM ciascuno di GD1a e GD1b e 33 μM di GT1b.
NOTA: Questa miscela contiene 100 pmol di acido ganglioside sialico per μL per ciascuno dei quattro gangliosidi, una quantità che fornisce un forte segnale colorimetrico mediante colorazione del resorcinolo, che è dipendente dall'acido sialico.
- Risoluzione Ganglioside
- Lavare una siringa Hamilton da 10 μL con un ago smussato con metanolo. Aspirare 1 μL di metanolo in una siringa di vetro per riempire il volume morto dell'ago e quindi 1 μL di campione o standard. Posizionare il campione in modo uniforme sulle linee premarcate da 5 mm fino a quando <1 μL di solvente (metanolo) rimane nella siringa. Lasciare asciugare la piastra a temperatura ambiente (22 °C) dopo aver individuato tutti i campioni.
NOTA: Lavare la siringa con metanolo tra il carico del campione. Un soffiatore d'aria non riscaldato impostato a basso può essere utilizzato per accelerare l'essiccazione.
- Posizionare la piastra maculata e asciugata nella camera TLC preequilibrata con il bordo inferiore immerso nel solvente in esecuzione e coprire e proteggere dalle correnti d'aria (Figura 2). Lasciare avanzare il solvente in esecuzione lungo la piastra per azione capillare fino a quando il fronte del solvente raggiunge entro 1 cm dalla parte superiore della piastra. Rimuovere e contrassegnare la parte anteriore del solvente sul bordo del piatto con una matita. Lasciare evaporare completamente i solventi indisturbati o sotto un flusso d'aria mite.

Figura 2: Ganglioside TLC attrezzatura e configurazione. Una camera a doppio trogolo viene riempita per ≈ 0,5 cm su entrambi i lati con solvente corrente. La piastra è posizionata su un lato con l'estremità dell'origine immersa nel buffer di corsa. La camera è coperta da una scatola acrilica per evitare correnti d'aria. Pannello A, vista laterale prima dell'inserimento della piastra. Il livello del solvente è visibile a pochi mm sopra il fondo della camera; Pannello B, vista frontale durante lo sviluppo. Il fronte del solvente è visibile a circa il 40% della strada verso l'alto della piastra. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
- Colorazione ganglioside
ATTENZIONE: Le macchie di reagenti sono tossiche. L'acido cloridrico è corrosivo e tossico. Preparare e spruzzare i reagenti in una cappa aspirante con guanti protettivi e occhiali di sicurezza.
NOTA: la piastra può essere fotografata per un'analisi qualitativa dell'immagine o memorizzata rimuovendo i morsetti e fissando la piastra di copertura in posizione con nastro trasparente. L'analisi quantitativa può essere eseguita misurando la densitometria degli standard gangliosidici individuati nelle corsie adiacenti.
- Preparare il reagente spray resorcinolo per la rilevazione dei gangliosidi in base ai loro acidi sialici. Sciogliere 6 g di resorcinolo in 100 ml di acqua per un brodo di resorcinolo al 6%. Sciogliere 1 g di CuSO4 in 100 ml di acqua per ottenere un brodo all'1%. A 64,7 mL di acqua aggiungere 5 mL del 6% di resorcinolo stock, 0,31 mL dello stock 1% CuSO4 quindi aggiungere lentamente 30 mL di HCl concentrato e mescolare delicatamente. Può essere conservato a 4 °C per un mese.
- In una cappa aspirante chimica, posizionare la piastra TLC con gangliosidi risolti, origine fine, in una scatola di cartone tagliata per proteggere le pareti della cappa dallo spruzzo acido. Posizionare il reagente spray resorcinolo in uno spruzzatore TLC di vetro, collegarlo a una fonte di azoto pressurizzato e spruzzare leggermente la piastra diagonalmente nelle direzioni verticale e orizzontale. Spruzzare la superficie assorbente TLC in modo uniforme, ma leggero.
- Coprire immediatamente la piastra con una piastra di copertura in vetro asciutta e pulita delle stesse dimensioni e fissare la piastra di copertura in posizione con clip leganti (Figura 3). Riscaldare la piastra coperta a 125 °C per 20 min. I gangliosidi appariranno viola scuro su uno sfondo bianco.
NOTA: la piastra non deve apparire bagnata al termine della spruzzatura. Le piastre di copertura possono essere modellate raschiando l'assorbente da piastre TLC precedentemente utilizzate utilizzando una lama di rasoio a bordo singolo.
ATTENZIONE: La polvere di silice è tossica per i polmoni. Utilizzare una maschera e smaltire la silice in un contenitore sigillato.

Figura 3: Piastra TLC di ganglioside misto risolto. Piastra TLC di standard di ganglioside misto risolto (corsia di sinistra) e gangliosidi misti di materia grigia bovina purificati (corsia di destra) dopo la colorazione e il riscaldamento del resorcinolo con piastra di copertura in vetro tagliata in posizione. I gangliosidi standard (dall'alto verso il basso) sono GM3, GM2, GM1, GD3, GD1a, GD1b, GT1b e GQ1b. Dopo il raffreddamento, la piastra può essere fotografata e/o la piastra di copertura fissata in posizione per la conservazione. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
- Colorazione lipidica generale per gangliosidi e fosfolipidi.
ATTENZIONE: l'acido solforico è tossico e corrosivo. L'aggiunta di acido concentrato all'etanolo è esotermica e deve essere fatta lentamente. Preparare il reagente colorante in una cappa aspirante con guanti protettivi e occhiali di sicurezza.
- Preparare la colorazione di p-anisaldeide aggiungendo lentamente 15 ml di acido solforico concentrato a 500 ml di etanolo. Mescolare per 30 minuti per lasciare raffreddare la soluzione prima di procedere. Aggiungere 15 ml di p-anisaldeide e mescolare delicatamente. Questo può essere conservato a temperatura ambiente (22 °C) fino a sei mesi.
- In una cappa chimica, immergere la piastra TLC con gangliosidi risolti, estremità dell'origine verso il basso, in un becher contenente la macchia di p-anisaldeide. Immergiti nella parte anteriore di corsa per ≥ 2 s. Rimuovere TLC dalla macchia e lasciare scolare. Riscaldare la piastra TLC su una piastra calda a bassa temperatura per svilupparsi.
NOTA: i lipidi appariranno scuri su uno sfondo viola. La soluzione colorante può essere recuperata per un uso ripetuto.