本報告書では、生物学的試料から硫酸化グリコサミノグリカン(GAG)を分離して精製する技術と、そのサイズを近似するポリアクリルアミドゲル電気泳動法について説明する。GAGsは、組織構造に寄与し、タンパク質との静電相互作用を通じてシグナル伝達プロセスに影響を与えます。GAGポリマー長は、同結合リガンドに対する結合親和性に寄与する。
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本報告書では、生物学的試料から硫酸化グリコサミノグリカン(GAG)を分離して精製する技術と、そのサイズを近似するポリアクリルアミドゲル電気泳動法について説明する。GAGsは、組織構造に寄与し、タンパク質との静電相互作用を通じてシグナル伝達プロセスに影響を与えます。GAGポリマー長は、同結合リガンドに対する結合親和性に寄与する。
硫酸塩(HS)やコンドロイチン硫酸(CS)などの硫酸塩グリコサミノグリカン(GAG)は、生物に遍在し、様々な基本的な生物学的構造やプロセスにおいて重要な役割を果たしています。ポリマーとして、GAGは4000 Daから40,000 Daをはるかに超える範囲の多糖鎖を含む多分散混合物として存在します。これらの鎖の中には、硫酸化のドメインが存在し、同結合タンパクリガンドの正に帯電した残基との相互作用を促進する負電荷のパターンを与える。GAGsの硫酸化ドメインは、これらの静電相互作用を可能にするのに十分な長さでなければならない。生物学的組織におけるGAGsの機能を理解するには、研究者がGAGsのサイズを単離し、精製し、測定できる必要があります。本報告書は、様々な生体組織タイプから分離されたGAGs間のサイズの比較的小さな違いを解決するために活用できる実用的で汎用性の高いポリアクリルアミドゲル電気泳動ベースの技術について説明しています。
グリコサミノグリカン(GAG)は、生物の中でユビキタスな要素であり、多くの基本的な生理学的プロセスに寄与する線形多糖の多様なファミリーである1。ヘパラン硫酸(HS)やコンドロイチン硫酸(CS)などのGAGsは、多糖鎖に沿った異なる位置で硫酸化され、負電荷の地理的領域を付与する。これらのGAGsは、プロテオグリカンとして知られている細胞表面タンパク質に連結すると、細胞外空間に突出してコクネートリガンドに結合し、シス−(同じ細胞に結合したリガンド)およびトランス(隣接する細胞に結合したリガンド)の両方の調節を可能にするシグナル伝達プロセス2。さらに、GGsはまた、糸球体基質膜3、血管内皮グリコカリックス4 および肺上皮グリコカリックス5、および軟骨6のような結合組織における組織における構造要素としての重要な役割を果たす。
GAG多糖鎖の長さは、その生物学的文脈に応じて実質的に異なり、動的に長く、切断し、非常に複雑な酵素調節システム7によって修飾することができる。重要なことに、GAGポリマー鎖の長さは、リガンドに対するそれらの結合親和性に大きく寄与し、その後、その生物学的機能8、9に寄与する。このため、内因性GAGの機能の決定は、そのサイズの鑑賞を必要とする。残念ながら、タンパク質や核酸とは異なり、GAGsを検出して測定するための容易に入手可能な技術はほとんど存在しません。
この記事では、ほとんどの生体組織からGAGを分離して精製する方法を説明し、また、ポリアクリルアミドゲル電気泳動(PAGE)を使用して、分離ポリマーの長さを公正な程度の特異性で評価する方法についても説明します。他の非常に複雑な(そしてしばしば質量分析ベースの)グリコミックアプローチとは対照的に、この方法は標準的な実験室の装置および技術を使用して使用することができる。したがって、この実用的なアプローチは、ネイティブのGAGsの生物学的役割と文脈上重要なリガンドとの相互作用を決定する研究者の能力を拡大する可能性があります。
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このプロトコルで分析されたすべての生物学的サンプルは、コロラド大学の制度的動物の世話と使用委員会によって承認されたプロトコルの下で、マウスから得られた。
1. ヘパラン硫酸分離
2. ポリアクリルアミドゲル電気泳動分解
3. シルバー染色プロトコル
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アルシアンブルーは、硫酸化GAGs 10を染色するために使用されます。この信号は、後続の銀染色 11を用いて増幅される。 図1 は、銀染色開発プロセスの視覚的なデモンストレーションを示しています。実証されるように、電気泳動によって分離されたGAGを表すアルシアンブルー信号は、現像剤がポリアクリルアミドゲルに浸透するにつれて増幅される。通常、現像プロセスは密度に依存する方法で銀とアルシアブルー染色されたGAGsを減少させ、各バンドのエッジは最初に減少し、中央のより密な染色領域は最後に染色されます。
文献では、PAGEベースのアプローチを使用したGAGsの検出の報告限界は、0.5〜1 μg12、13の範囲です。我々のアプローチを用いて検出限界を決定するために、異なるポリマー長のヘパラン硫酸オリゴ糖(分画ヘパリン、dp...
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GAGsは、多くの多様な生物学的プロセスにおいて中心的な役割を果たしています。硫酸化GAGs(HSやCSなど)の主な機能の1つは、リガンドと相互作用して結合し、下流のシグナル伝達機能を変化させることです。コグネイトリガンドに対するGAG結合親和性の重要な決定要因は、GAGポリマー鎖8、9、14の長さである。 このため、研究者は、目的の生物学的サンプルから分離されたGAGチェーンのサイズを合理的な精度で定義できることが重要です。実用的な方法としては、この技術は、一般的な実験装置や試薬を用いて行うことができるべきである。
このプロトコルは、生物学的サンプルからGAGsを分離して精製し、PAGEを介してサイズ別に分離し、Alcianブルーとシルバー染色技術を使用してそれらを視覚化する方法を説明しています。グリコサミノグリカンをサイズ別に分離する方法はいくつかありますが、この手法を生命科学研究所で応用する...
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著者らは、競合する財政的利益はないと宣言している。
この作品は、F31 HL143873-01(WBL)、R01 HL125371(RJLおよびEPS)によって資金提供されました
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| Accuspin Micro17 卓上型微量遠心分離機 | thermoFisher Scientific | 13-100-675 | 14000 xG の可能な任意の卓上型微量遠心分離機/ローターの組み合わせが適切です |
| アクリルアミド (固体) | thermoFisher Scientific | BP170-100 | 電気泳動グレード |
| アクチナーゼ E | Sigma Aldrich | P5147 | S. griseus |
| Alcian Blue 8GX (固体) | サーモフィッシャーサイエンティフィ | AC400460100 | |
| 酢酸アンモニウム(固体) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | A639-500 | 分子生物学グレード |
| 水酸化アンモニウム(液体) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | A669S-500 | 認定 ACS |
| 過硫酸アンモニウム(固体) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | BP179-25 | 電気泳動グレード |
| バーンステッド ジェンピュア プロ 水精製システム | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 10-451-217PKG | 任意の水脱イオン/精製システムが許容される代替品です |
| ホウ酸(固体) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | A73-500 | 分子生物学グレード |
| ブロムフェノールブルー(固体) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | B392-5 | |
| 酢酸カルシウム(固体) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 18-609-432 | 分子生物学グレード |
| 塩化カルシウム(固体) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | AC349610250 | 生物学グレード |
| CHAPS洗剤(3-((3-コラミドプロピル)ジメチルアンモニオ)-1-プロパンスルホン酸) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 28299 | |
| ドロイチナーゼABC | シグマアルドリッチ | C3667 | |
| PAGE用基準空カセット(厚さ1.0mm、12 + 2ウェル) | バイオ・ラッド | 3459901 | 厚さ 1.0mm の PAGE キャスティング カセット システムで十分 |
| Criterion PAGE セル システム (セルと電源) | Bio-Rad | 1656019 | 任意の同等の垂直ゲル PAGE システムが機能します) |
| ジクロロメタン (液体) | thermoFisher Scientific | AC610931000 | 認定 ACS |
| EDTA 二ナトリウム塩 (固体) | thermoFisher Scientific | 02-002-786 | 分子生物学グレード |
| 氷酢酸(液体) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | A35-500 | 認定ACS |
| グリシン(固体) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | G48-500 | 電気泳動グレード |
| ヘパラナーゼ I/III | シグマ アルドリッチ | H3917 | Flavobacterium heparinum |
| ヘパリン由来デカ糖(dp10) | ガレンサイエンティフィック | HO10 | |
| ヘパリン由来ヘキササッチャルド (dp6) | ガレンサイエンティフィック | HO06 | |
| ヘパリン由来オリゴ糖 (dp20) | ガレンサイエンティフィック | HO20 | |
| 塩酸 (液体) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | A466-250 | |
| 凍結乾燥機 | Labconco | 7752020 | -40°C、0.135 Torrを達成できる凍結乾燥機はどれでも機能します。回転真空濃縮器と交換することもできます |
| メタノール(液体) | thermoFisher Scientific | A412-500 | Certified ACS |
| Molecular Imager Gel Doc XR System | Bio-Rad | 170-8170 | Any comparable gel imaging system is a acceptable substitute |
| N,N'-methylene-bis-acrylamide (solid) | thermoFisher Scientific | BP171-25 | Electrophoresis grade |
| Phenol red (solid) | thermoFisher Scientific | P74-10 | 遊離酸 |
| QミニHイオン交換カラム | Vivapure | VS-IX01QH24 | イオン交換カラムは、最小負荷量が0.4mL、使用pHが2-12、pKaが11のイオン性基の選択性が必要です |
| 硝酸銀(固体) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | S181-25 | 認定 ACS |
| 酢酸ナトリウム(固体) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | S210-500 | 分子生物学グレード |
| 塩化ナトリウム(固体) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | S271-500 | 分子生物学グレード |
| 水酸化ナトリウム(固体) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | S392-212 | |
| ショ糖(固体) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | BP220-1 | 分子生物学グレード |
| TEMED (N,N,N',N'-テトラメチレンジアミン) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | BP150-20 | 電気泳動グレード |
| トリスベース(固体) | thermoFisher Scientific | BP152-500 | 分子生物学グレード |
| 超遠心フィルター、0.5mL、3000 Da 分子量カットオフ | Amicon | UFC500324 | サンプルサイズによっては、より大きな容量のフィルターユニットを使用できます。 |
| 尿素(固体) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 29700 | |
| 真空計プラス | エッペンドルフ | 22820001 | 任意の回転真空濃縮器が機能します。凍結乾燥機と交換可能 |
| 真空フィルターユニット、単回使用、0.22uM 孔 PES、容量 500mL | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 569-0020 | 代替容量とフィルター材料は許容範囲 |
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