$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Weefselverzameling werd uitgevoerd onder omstandigheden die zijn geautoriseerd door het Johns Hopkins Animal Care and Use Committee.
1. Kleinschalige ganglioside extractie en gedeeltelijke zuivering
LET OP: Gebruik de juiste ventilatie bij het werken met vluchtige en giftige oplosmiddelen. Vermijd plastic overal; oplosmiddelen zullen chemische componenten uit veel kunststoffen halen die de daaropvolgende analyses verstoren. Polytetrafluorethyleen (PTFE) is een uitzondering; Ptfe-gevoerde sluitingen moeten worden gebruikt om glazen opslagflacons af te sluiten.
- Extractie
- Weeg een enkel vers of ontdooid muizenbrein (of sagittale halve hersenen, ~ 0,2-0,5 g) en plaats in een Potter-Elvehjem homogenisator voorgekookt in een emmer ijs.
OPMERKING: Eerder bevroren hersenen kunnen worden gebruikt na ontdooien bij 0-4 °C.
- Voeg 4,1 ml per g weefsel nat gewicht water toe en homogeniseren met 10 slagen.
OPMERKING: Nauwkeurige oplosmiddelverhoudingen zijn de sleutel tot optimale extractie en verdeling, het doel is chloroform-methanol-waterig (4: 8: 3) ervan uitgaande dat hersenweefsel 80% waterig is.
- Voeg 13 ml per g weefsel nat gewicht van methanol toe, verschuif naar omgevingstemperatuur (22 °C) en meng.
OPMERKING: De oplossing ziet er troebel uit. Toevoeging van methanol in deze stap, zonder chloroform, optimaliseert eiwitprecipitatie. Alle volgende stappen zijn bij omgevingstemperatuur (22 °C).
- Breng over op een dikwandige glazen buis met schroefdeksel met een PTFE-gevoerde schroefdop bij omgevingstemperatuur (22 °C) en meng grondig. Voeg 6,5 ml per g weefsel nat gewicht chloroform, dop toe en meng grondig. Centrifugeer bij 450 x g gedurende 15 min. Breng het heldere supernatant over op een verse buis met schroefdeksel en meet het volume,"recovered extract volume".
- Verdelen
- Voeg 0,173x "teruggewonnen extractvolume" water toe aan het heldere supernatant, de dop, de vortex krachtig en de centrifuge zoals beschreven in stap 1.1.4.
OPMERKING: Het doel is om chloroform-methanol-waterig te hebben in de verhouding 4: 8: 5,6. Het mengsel zal troebel zijn en oplossen in twee fasen: een bovenste waterrijke fase en een lagere chloroformrijke fase met een verhouding van ~ 4: 1. Wacht 60 minuten of centrifugeer 15 minuten bij 450 x g voor volledige fasescheiding.
- Breng de bovenste fase, die de gangliosiden bevat, over in een verse glazen buis met een ptfe-gevoerde schroefdop.
- Reverse phase cartridge chromatografie
- Was met een glazen spuit van 5 ml een tC18 vaste fase extractiepatroon (400 mg) met 3 ml methanol en vervolgens 3 ml chloroform-methanol-water (2:43:55). Laad de bovenste fase vanaf stap 1.2.2 op de tC18-patroon met dezelfde glazen spuit, verzamel de doorstroom en herlaad deze op de kolom om de adsorptie te optimaliseren.
- Was de patroon met behulp van de glazen spuit met 3 ml chloroform-methanol-water (2:43:55) en vervolgens 3 ml methanol-water (1:1).
- Elueer de gangliosiden met 3 ml methanol in een verse buis met schroefdeksel. Verdamp tot de droogte onder een zachte stikstofstroom bij ≤ 45 °C. Los op in methanol bij 1 ml per g oorspronkelijk weefsel nat gewicht.
2. Grootschalige ganglioside extractie en zuivering
LET OP: Gebruik bij het werken met vluchtige oplosmiddelen explosiebestendige blenders. Gebruik geen kunststoffen behalve PTFE. Tetrahydrofuran, chloroform en ethylether zijn giftige vluchtige organische stoffen. Werk in een zuurkast met beschermende handschoenen en veiligheidsbril.
- Extractie
- Ontdooi bevroren runderhersenen bij 4 °C gedurende enkele uren. Ontleed de grijze stof uit hersenvliezen en witte stof.
OPMERKING: De volgende procedure wordt beschreven voor 100 ± 20 g geïsoleerde grijze stof in de hersenen en is schaalbaar.
- Doe 100 g grijze stof in de hersenen in een blender en voeg 1 ml per g hersenvochtig gewicht van gekoelde 10 mM kaliumfosfaatbuffer pH 6,8 toe. Homogeniseer op laag gedurende 20 s. Voeg 8 ml tetrahydrofuraan per g nat gewicht van de hersenen toe en homogeniseer op laag gedurende 10 s. Decanteer in glazen centrifugeflessen en centrifugeer bij 5.000 x g gedurende 15 minuten bij omgevingstemperatuur (22 °C).
- Verzamel het supernatant, meet het volume en breng het over naar een glazen scheidingstrechter. Voeg 0,3 ml ethylether per ml van het supernatant toe. Schud krachtig en laat dan 30 minuten ongestoord zitten, waarbij twee fasen, een bovenste etherfase en een lagere waterige fase, zich scheiden. Verzamel de onderste fase, die de gangliosiden bevat, in een glazen fles met een ptfe-gevoerde dop.
- Voeg aan de bovenste (ether)fase die overblijft in de separatortrechter 0,1 ml water per ml oorspronkelijk supernatant toe (stap 2.1.3). Schud krachtig, laat fasen scheiden, verzamel de onderste (waterige) fase en combineer met de vorige lagere fase. Verdamp de gecombineerde lagere fasen tot een droog poeder en weeg.
- Verzeping
- Voeg 10 ml van 100 mM waterige NaOH per g poeder toe in een afgesloten buis. Meng en incubeer bij 37 °C gedurende 3 uur. Laat afkoelen en stel de pH 4,5 in door druppelsgewijs 100 mM waterig HCl. Meet het volume en breng over naar een glazen scheidingstrechter.
OPMERKING: Siaalzuren zijn zuur labiel; vermijd verzuring onder pH 4,5.
- Voeg op basis van het waterige volume 2,67 volumes methanol toe, meng voorzichtig en voeg vervolgens 1,33 volumes chloroform toe om een eenfasige oplossing van chloroform-methanol-waterig (4:8:3) te creëren. Meng goed.
- Voeg op basis van het oorspronkelijke waterige volume 2,6 volumes water toe om het mengsel tot chloroform-methanol-waterig te brengen in een verhouding van 4:8:5,6. Schud krachtig en laat dan ongestoord zitten om twee fasen te scheiden, een polaire bovenste fase met de gangliosiden en een niet-polaire onderste fase. Verzamel de bovenste fase in een glazen fles met een ptfe-gevoerde dop.
OPMERKING: Niet-gesialyleerde lipiden verschijnen niet op dunnelaagchromatografie (TLC) platen gekleurd met resorcinol, maar verschijnen bij gebruik van een p-anisaldehydekleuring. Het doel van deze verzeping is om de O-geacetyleerde verbindingen zoals fosfolipiden te verwijderen.
- Omgekeerde fase chromatografie
- Was een grootschalige (10 g) tC18 vaste fase extractiepatroon voor door 50 ml van elk van de volgende drie oplosmiddelen door de kolom te laten gaan met behulp van vacuüm of druk (<1 min elke wasbeurt): methanol, methanol-water (1:1) en vervolgens chloroform-methanol-water (2:43:55). Laad de bovenste fase vanaf stap 2.2.3 op de kolom door vacuüm of druk, verzamel de stroom door, herlaad en verzamel de doorstroom.
- Was de kolom met 30 ml chloroform-methanol-water (2:43:55), vervolgens 30 ml methanol-water (1:1), eluleer vervolgens de gangliosiden met 50 ml methanol en nogmaals met 10 ml methanol, waarbij elke wasbeurt en elke elutie afzonderlijk worden verzameld. Het gebruik van TLC (hieronder) bevestigt dat ganglioside afwezig is in de doorstroom en wast en geëlueerd in de eerste elutie (50 ml methanol). Verdamp de geëlueerde gangliosiden tot een droog poeder en weeg.
OPMERKING: Het doel van tC18 chromatografie is om gangliosiden te scheiden van zowel minder als meer polaire verontreinigingen. Gemengde hersen ganglioside opbrengst na verzeping is ~ 120 mg per g droog hersenextract (stap 2.1.4). Verschijning van gangliosiden door TLC in de doorstroming of wasbeurten geeft aan dat de vaste fase extractiekolom verzadigd was. Na methanolelutie kan de kolom verder worden geëlueerd met chloroform-methanol (1:1) om minder polaire lipiden op te vangen.
- HPLC-zuivering van individuele gangliosiden
- Bereid HPLC-oplosmiddel A voor: acetonitril-5 mM waterige natriumfosfaatbuffer pH 5,6 (83:17) en oplosmiddel B: acetonitril-20 mM natriumfosfaatbuffer, pH 5,6 (1:1). Ontgas beide oplosmiddelen gedurende 5 min.
- Breng een HPLC-kolom (kolom van 20 x 250 mm verpakt met amine gebonden (NH2) silicabolletjes, 5 μm diameter, poriegrootte van 100 Å) vooraf in evenwicht met 100% oplosmiddel A gedurende 20 minuten bij 5 ml/min. Stel een UV HPLC-kolom effluentdetector in op 215 nm.
- Los het gangliosidepoeder uit de omgekeerde fase eluaat op in water bij 5 mg / ml. Injecteer 0,5 ml van het gangliosidemengsel op het HPLC en laat de oplosmiddelgradiënt (tabel 1) met 5 ml/min lopen en verzamel fracties. Gangliosiden verschijnen als A215-pieken met retentietijden (grote hersengangliosiden) van 25-70 min: GM1 ≈ 28 min; GD1a ≈ 38 min; GD1b ≈ 46 min; GT1b ≈ 65 min. Breng na elke run 20 minuten opnieuw in evenwicht met oplosmiddel A. Analyseer fracties door dunnelaagchromatografie.
| Tijd (min) | %A | %B |
| 0 | 100 | 0 |
| 7 | 100 | 0 |
| 12 | 63 | 37 |
| 82 | 54 | 46 |
| 82.01 | 0 | 100 |
| 92 | 0 | 100 |
Tabel 1: Oplosmiddelgradiënt voor HPLC.
3. Dunnelaagchromatografie (TLC) analyse van gangliosiden
LET OP: Chloroform is een giftige vluchtige organische stof. Werk in een zuurkast met beschermende handschoenen en veiligheidsbril.
- Oplosmiddel- en TLC-plaatbereiding
- Bereid een lopend oplosmiddel van chloroform-methanol-waterig 0,25% KCl (60:35:8 van volume). Giet in een glazen TLC-kamer van 10 cm x 10 cm met een roestvrijstalen deksel, zodat de oplosmiddeldiepte ~ 0,5 cm is. Dek af en laat gedurende >10 minuten in een gebied zonder luchtstromen balanceren.
OPMERKING:Om de TLC-kamer te isoleren van luchtstromen, kan een acryl 5-zijdige doos worden geconstrueerd of gekocht (figuur 2). Gebruik geen met oplosmiddelen verzadigd filtreerpapier in de kamer.
- Plaats een 10 cm x 10 cm of 5 cm x 10 cm silicagel gecoate high performance TLC-plaat met glazen achterkant gedurende 10 minuten in een droogoven bij 125 °C. Laat afkoelen. Gebruik een afgestompt #2 potlood om spotlijnen van 5 mm te tekenen met scheidingen van 2 mm langs een lijn 1 cm boven de onderkant van de plaat en ten minste 1 cm van beide zijden (figuur 3). Vermijd het verstoren van de silicalaag tijdens het markeren.
- Bereid een standaardmengsel van zuivere gangliosiden in methanol met 100 μM GM1, 50 μM elk van GD1a en GD1b en 33 μM GT1b.
OPMERKING: Dit mengsel bevat 100 pmol ganglioside siaalzuur per μL voor elk van de vier gangliosiden, een hoeveelheid die een sterk colorimetrisch signaal geeft door resorcinolkleuring, die afhankelijk is van siaalzuur.
- Ganglioside resolutie
- Was een Hamilton-spuit van 10 μL met een afgeschuinde naald met methanol. Zuig 1 μL methanol in een glazen spuit om het naalddoodvolume te vullen en vervolgens 1 μL monster of standaard. Plaats het monster gelijkmatig op de 5 mm voorgemarkeerde lijnen totdat <1 μL oplosmiddel (methanol) in de spuit achterblijft. Laat de plaat drogen bij omgevingstemperatuur (22 °C) nadat alle monsters zijn gespot.
OPMERKING: Was de spuit met methanol tussen het laden van het monster. Een onverwarmde luchtblazer die op laag is ingesteld, kan worden gebruikt om het drogen te versnellen.
- Plaats de gevlekte en gedroogde plaat in de vooraf gebalanceerde TLC-kamer met de onderrand ondergedompeld in het oplosmiddel en dek af en bescherm tegen luchtstromen (figuur 2). Laat het oplosmiddel door capillaire werking de plaat opschuiven totdat de voorkant van het oplosmiddel binnen 1 cm van de bovenkant van de plaat komt. Verwijder en markeer de voorkant van het oplosmiddel aan de rand van de plaat met een potlood. Laat de oplosmiddelen volledig ongestoord of onder een milde luchtstroom verdampen.

Figuur 2: Ganglioside TLC-apparatuur en opstelling. Een dubbele trogkamer is aan beide zijden gevuld tot ≈ 0,5 cm met stromend oplosmiddel. De plaat wordt tegen één kant geplaatst met het oorsprongsuiteinde ondergedompeld in de lopende buffer. De kamer is bedekt met een acrylaatdoos om luchtstromen te voorkomen. Paneel A, zijaanzicht voorafgaand aan het inbrengen van de plaat. Het oplosmiddelgehalte is enkele mm boven de bodem van de kamer zichtbaar; Paneel B, vooraanzicht tijdens de ontwikkeling. Het oplosmiddelfront is zichtbaar op ongeveer 40% van de weg omhoog van de plaat. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- Ganglioside kleuring
LET OP: Reagensvlekken zijn giftig. Zoutzuur is corrosief en giftig. Bereid en spuit reagentia in een zuurkast met beschermende handschoenen en veiligheidsbril.
OPMERKING: De plaat kan worden afgebeeld voor kwalitatieve beeldanalyse of worden opgeslagen door de klemmen te verwijderen en de afdekplaat op zijn plaats te bevestigen met doorzichtige tape. Kwantitatieve analyse kan worden uitgevoerd door densitometrie van ganglioside-normen te meten die in aangrenzende rijstroken zijn gespot.
- Bereid resorcinol spray reagens voor de detectie van gangliosiden op basis van hun siaalzuren. Los 6 g resorcinol op in 100 ml water voor een 6% resorcinolvoorraad. Los 1 g CuSO4 op in 100 ml water om een bouillon van 1% te maken. Voeg aan 64,7 ml water 5 ml van de 6% resorcinolvoorraad, 0,31 ml van de 1% CuSO4-voorraad toe en voeg vervolgens langzaam 30 ml geconcentreerd hCl toe en roer voorzichtig. Mag gedurende een maand bij 4 °C worden bewaard.
- Plaats in een chemische zuurkast de TLC-plaat met opgeloste gangliosiden, oorsprong eindigend, in een weggesneden kartonnen doos om de wanden van de kap te beschermen tegen zure spray. Plaats resorcinol-sprayreagens in een glazen TLC-sproeier, bevestig aan een bron van stikstof onder druk en spuit de plaat licht diagonaal in de verticale en horizontale richting. Spuit het TLC-absorberende oppervlak gelijkmatig, maar licht.
- Bedek de plaat onmiddellijk met een schone afdekplaat van droog glas van dezelfde afmetingen en bevestig de afdekplaat op zijn plaats met bindclips (figuur 3). Verwarm de afgedekte plaat gedurende 20 min op 125 °C. Gangliosiden zien er donkerpaars uit tegen een witte achtergrond.
OPMERKING: De plaat mag niet nat lijken wanneer het spuiten is voltooid. Afdekplaten kunnen worden gevormd door het sorptiemiddel van eerder gebruikte TLC-platen te schrapen met behulp van een scheermesje met één rand.
LET OP: Silicapoeder is giftig voor de longen. Gebruik een masker en gooi silica weg in een afgesloten container.

Figuur 3: TLC-plaat van opgelost gemengd ganglioside. TLC-plaat van opgeloste gemengde ganglioside-normen (linkerrijstrook) en gezuiverde gemengde rundergrijze stof gangliosiden (rechterrijstrook) na resorcinolkleuring en verwarming met glazen afdekplaat op zijn plaats geknipt. Standaard gangliosiden (van boven naar beneden) zijn GM3, GM2, GM1, GD3, GD1a, GD1b, GT1b en GQ1b. Na afkoeling kan de plaat in beeld worden gebracht en/of de afdekplaat op zijn plaats worden geplakt voor opslag. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- Algemene lipidekleuring voor gangliosiden en fosfolipiden.
LET OP: Zwavelzuur is giftig en corrosief. Toevoeging van geconcentreerd zuur aan ethanol is exotherm en moet langzaam gebeuren. Bereid kleuringsreagens voor in een zuurkast met beschermende handschoenen en een veiligheidsbril.
- Bereid p-anisaldehydekleuring door langzaam 15 ml geconcentreerd zwavelzuur toe te voegen aan 500 ml ethanol. Roer gedurende 30 minuten om de oplossing te laten afkoelen voordat u verder gaat. Voeg 15 ml p-anisaldehyde toe en roer voorzichtig. Dit kan bij kamertemperatuur (22 °C) tot zes maanden worden bewaard.
- Dompel in een chemische zuurkast de TLC-plaat met opgeloste gangliosiden, oorsprong eindigend naar beneden, in een bekerglas met de p-anisaldehydevlek. Dompel onder naar het lopende front voor ≥ 2 s. Verwijder TLC uit de vlek en laat uitlekken. Verwarm de TLC-plaat op een hete plaat op lage temperatuur om te ontwikkelen.
OPMERKING: Lipiden verschijnen donker tegen een paarse achtergrond. Vlekkenoplossing kan worden teruggewonnen voor herhaald gebruik.