Определена оптимальная концентрация сахарозы для экстракции гликогена печени с помощью центрифугирования градиента плотности сахарозы. Добавление 10-минутной стадии кипячения для ингибирования ферментов, расщепляющих гликоген, оказалось полезным.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Определена оптимальная концентрация сахарозы для экстракции гликогена печени с помощью центрифугирования градиента плотности сахарозы. Добавление 10-минутной стадии кипячения для ингибирования ферментов, расщепляющих гликоген, оказалось полезным.
Гликоген печени представляет собой гиперразветвленный полимер глюкозы, который участвует в поддержании уровня сахара в крови у животных. На свойства гликогена влияет его структура. Следовательно, подходящий метод экстракции, который выделяет репрезентативные образцы гликогена, имеет решающее значение для изучения этой макромолекулы. По сравнению с другими методами экстракции, метод, использующий стадию центрифугирования с градиентом плотности сахарозы, может свести к минимуму молекулярное повреждение. Основываясь на этом методе, в недавней публикации описывается, как изменялась плотность раствора сахарозы, используемого во время центрифугирования (30%, 50%, 72,5%), чтобы найти наиболее подходящую концентрацию для извлечения частиц гликогена самых разных размеров, ограничивая потери более мелких частиц. Была введена 10-минутная стадия кипячения, чтобы проверить его способность денатурировать ферменты, разрушающие гликоген, тем самым сохраняя гликоген. Было показано, что самая низкая концентрация сахарозы (30%) и добавление стадии кипячения позволяют извлечь наиболее репрезентативные образцы гликогена.
Гликоген представляет собой сложный, гиперразветвленный полимер глюкозы, содержащийся в животных, грибах и бактериях1. У млекопитающих гликоген печени функционирует как буфер глюкозы в крови, сохраняя гомеостаз, в то время как мышечный гликоген действует как кратковременный резервуар глюкозы, обеспечиваяэнергию напрямую. Структуру гликогена часто описывают тремя уровнями (см. рис. 1): 1. Линейные цепи образуются мономерами глюкозы через гликозидные связи (1→4)-α, причем точки разветвления соединяются гликозидными связями (1→6)-α; 2. сильно разветвленные частицы β (~20 нм в диаметре), которые, особенно в таких тканях, как скелетные мышцы, действуют как независимые молекулы гликогена 3,4; 3. Более крупные частицы гликогена α (до 300 нм в диаметре), состоящие из более мелких β единиц гликогена, которые обнаруживаются в печени5, сердце6 и унекоторых видов, не относящихся к млекопитающим7. Частицы печеночных α от мышей с диабетом молекулярно хрупкие, со склонностью разлагаться до β-частиц при растворении в диметилсульфоксиде (ДМСО), в то время как частицы α из контрольной группы, не страдающей диабетом, обычно остаются неизменными. Одна из гипотез заключается в том, что эта хрупкость может усугубить плохой баланс глюкозы в крови, наблюдаемый при диабете, при этом хрупкие частицы α потенциально могут привести к более высоким долям более быстро разлагающихся частицβ 8,9,10,11.
Традиционные методы экстракции гликогена используют относительно жесткие условия воздействия на ткани печени горячего щелочного раствора12 или кислотных растворов, таких как трихлоруксусная кислота (ТСА)13 или хлорная кислота (РСА)14. Несмотря на то, что эти методы эффективны для отделения гликогена от других компонентов ткани печени, они неизбежно разрушают структуру гликогена в некоторойстепени. Хотя эти методы подходят для количественного измерения содержания гликогена, они не идеальны для исследований, ориентированных на получение структурной информации о гликогене из-за этого структурного повреждения. С момента разработки этих методов была разработана более мягкая процедура экстракции, в которой используется холодный буфер Tris (показано, что он ингибирует деградацию глюкозидазы) с ультрацентрифугированием градиента плотности сахарозы 17,18,19. При контролируемом pH ~8 этот метод не подвергает гликоген кислотному или щелочному гидролизу, наблюдаемому в предыдущих процедурах.
Ультрацентрифугирование градиента плотности сахарозы гомогенизированной ткани печени может отделить частицы гликогена от большей части клеточного материала. При необходимости дополнительную очистку можно выполнить препаративной эксклюзионной хроматографией, в результате которой получается сбор очищенного гликогена с присоединенными гликогенассоциирующими белками20. Хотя этот метод, при более мягких условиях, с большей вероятностью сохраняет структуру гликогена, трудно предотвратить потерю некоторой части гликогена в надосадочной жидкости, особенно более мелких частиц гликогена, которыеменее плотны. Другая потенциальная причина потери гликогена заключается в том, что более мягкие условия допускают некоторую ферментативную деградацию, что приводит к более низкому выходу гликогена по сравнению с более жесткими методами экстракции. В недавних исследованиях сообщалось об оптимизации метода экстракции гликогена из печени для сохранения структуры гликогена21. Здесь были проверены различные концентрации сахарозы (30%, 50%, 72,5%), чтобы определить, минимизирует ли более низкая концентрация сахарозы потерю более мелких частиц гликогена. Обоснование заключалось в том, что более низкая плотность позволит более мелким, менее плотным частицам проникать в слой сахарозы и агрегировать в грануле с остальной частью гликогена.
В этом исследовании методы экстракции с 10-минутной стадией кипячения и без нее сравнивались, чтобы проверить, можно ли денатурировать ферменты деградации гликогена, что привело бы к извлечению большего количества гликогена, который также не подвергался частичному разложению. Для определения структуры экстрагированного гликогена использовали распределение целых молекул по размерам и распределение длины цепи гликогена, аналогично оптимизации экстракции крахмала, опубликованной ранее22. Методом размерной эксклюзионной хроматографии (SEC) с детектированием дифференциального показателя преломления (DRI) было получено распределение гликогена по размерам, которое описывает общую молекулярную массу в зависимости от размера молекулы. Для анализа распределений длины цепей, которые описывают относительное количество цепных цепей каждого заданного размера (или степени полимеризации), был использован электрофорез углеводов с помощью флуорофора (FACE). В данной работе описана методика извлечения гликогена из тканей печени на основе предыдущего оптимизационного исследования21. Полученные данные свидетельствуют о том, что наиболее подходящим методом для сохранения структуры гликогена является концентрация сахарозы 30% с 10-минутной стадией кипячения.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Печень мышей, использованная для оптимизацииэтой процедуры, была взята у 12 самцов мышей BKS-DB/Nju (7,2 недели, см. таблицу материалов). Использование животных было одобрено Комитетом по уходу за животными и этике Народной больницы Уханьского университета, IACUC Issue No. WDRM 20181113.
1 Ткани животного происхождения
2. Приготовление буфера и реагентов
3. Экстракция гликогена (рисунок 2)
4. Определение содержания гликогена (рисунок 3)
5. Определение выхода сырой нефти, выхода гликогена и чистоты
6. Анализ распределений по длине цепи (рис. 4)
7. Анализ молекулярных распределений по размерам (рис. 5)
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В то время как описанная выше процедура является наиболее оптимальным методом (30% сахарозы с добавлением 10-минутной стадии кипячения), здесь приведены данные для гликогена, экстрагированного с помощью трех концентраций сахарозы (30%, 50%, 72,5%), со стадией кипячения и без нее, как описано ранее21. В соответствии с протоколом чистота, выход сырой нефти и выход гликогена сухого гликогена, экстрагированного в различных условиях, приведены в таблице 1, воспроизведенной из
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Предыдущие исследования показали, что структура гликогена важна для его свойств; Например, размер молекулы влияет на скорость деградации гликогена10, а распределение длины цепи влияет на его растворимость26. Чтобы правильно понять эти взаимосвязи, важно экстрагировать гликоген с помощью процедуры, которая изолирует, насколько это возможно, репрезентативный и неповрежденный образец. В традиционных методах экстракции использовались либо горячие щелочные условия, либо холодная...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет конфликта интересов, который можно было бы раскрыть.
Авторы выражают благодарность г-ну Гаошэн Ву и г-же Юньвэнь Чжу за техническую помощь в работе с FACE, а также г-ну Чжэнься Ху и г-ну Дэнбиню за техническую помощь в работе с Комиссией по ценным бумагам и биржам. MAS поддерживается стипендией Advance Queensland Industry Research Fellowship, Mater Foundation, Equity Trustees и Фондами Л. Г. МакКаллама Эста и Джорджа Уибера. Эта работа была поддержана Приоритетной академической программой высших учебных заведений провинции Цзянсу, грантом Фонда естественных наук Китая C1304013151101138 и Программой талантов инноваций и предпринимательства провинции Цзянсу 2017 года. Рисунки 1-5 были созданы с помощью BioRender.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 8-аминопирен-1,3,6-трисульфонат (APTS) | SIGMA Aldrich | 9341 | 0,1 М раствор |
| Уксусная кислота | SIGMA Aldrich | 695092 | 0,1 М, pH 3,5 раствор |
| Agilent 1260 Infinity SEC система | Agilent, Санта-Клара, Калифорния, США | Эксклюзионная хроматография (SEC) | |
| BKS-DB/Nju фоновые мыши | Нанкинский биомедицинский исследовательский институт Нанкинского университета | ||
| Набор для анализа D-глюкозы (формат GOPOD) | Megazyme | K-GLUC | |
| этиленединитрилотетрауксусная кислота (ЭДТА) | SIGMA Aldrich | 431788 | |
| Гомогенизатор | IKA | T 25 | |
| Соляная кислота | SIGMA Aldrich | 2104 | 0,1 М раствор |
| Соляная кислота | SIGMA Aldrich | 2104 | 0,1 М раствор |
| Система P/ACE MDQ plus | Ab Sciex, США | Фторофор-ассистированный электрофорез углеводов (FACE) | |
| Детектор показателя преломления | Optilab UT-rEX, Wyatt, Santa Barbara, CA, США) | Эксклюзионная хроматография (SEC) | |
| Ацетат натрия | SIGMA Aldrich | 241245 | 1 м, раствор pH 4,5 |
| Азид натрия | SIGMA Aldrich | S2002 | |
| Хлорид натрия | SIGMA Aldrich | S9888 | |
| Цианоборогидрид натрия | SIGMA Aldrich | 156159 | 1 М раствор |
| Фторид натрия | SIGMA Aldrich | 201154 | |
| Гидроксид натрия | SIGMA Aldrich | 43617 | 0,1 М раствор |
| Нитрат натрия | SIGMA Aldrich | NISTRM8569 | |
| Пирофосфат | натрия SIGMA Aldrich | 221368 | |
| Sucrose | SIGMA Aldrich | V90016 | |
| SUPREMA предварительная колонка, 1 000 и 10 000 колонок | Polymer Standards Services, Майнц, Германия | Эксклюзионная хроматография (SEC) | |
| Trizma | SIGMA Aldrich | T 1503 | |
| Ультрацентрифужные пробирки | Beckman | 4 мл, тонкостенная ультрапрозрачная пробирка с открытым верхом, 11 x 60 мм |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.