Summary
우리는 마우스 간의 간과 우유에서 N- 아세틸 뉴 라민 산 (N-acetylneuraminic acid)과 N- 글리콜로 누 라민 산 (N-glycolylenuraminic acid)을 측정하기위한 HPLC 기반 방법을 설명합니다.
Abstract
CMAH (cytidine monophosphate-N- 아세틸 뉴 라민 산 hydroxylase)는 포유류에서 cytidine monophosphate-N- acetylneuraminic acids의 산화를 담당합니다. 그러나, 인간은 CMAH 유전자의 일차 엑손 결실로 인해 시티 딘 모노 포스페이트 -N- 아세틸 뉴 라민 산을 시티 딘 모노 포스페이트 -N- 글리콜 릴 뉴 라민 산으로 산화시킬 수 없다. CMAH 활동의 결핍의 영향과 함축적 의미를보다 자세히 이해하기 위해 마우스에서의 Cmah 녹아웃 모델은 기초 및 응용 연구에 관심이 많습니다 . 이 마우스 모델의 표현형을 결정하기위한 분석 방법은 본원에 상세히 기재되어 있으며, 야생형 및 Cmah 녹아웃 마우스의 간 및 우유에서의 N- 아세틸 뉴 라민 산 및 N- 글리콜로 누 라민 산의 검출에 기초한다. 내인성 시알 산은 방출되고 o- 페닐 렌 디아민으로 유도체 화되어 형광 생성물을 생성하며, 이후에 HPLC로 분석 될 수있다. 제시된 프로토콜은또한 다양한 다른 기원의 우유 및 조직 샘플 분석에 사용되며 N-glycolylneuraminic acid의 영양 및 건강 효과를 조사하는 데 유용 할 수 있습니다.
Introduction
N- 아세틸 뉴 라민 산 (Neu5Ac)과 N- 글리콜 릴 뉴 라민 산 (Neu5Gc)은 대부분의 포유류에서 가장 흔한 시알 산입니다 1 . Neu5Ac를 내생 적으로 합성 할 수는 있지만, 인간은 CMP-Neu5Ac hydroxylase 2 , 3을 암호화하는 CMAH 유전자에서 1 차 엑손 결실로 인해 Neu5Gc를 생산할 수 없습니다. 그러나 동물성 식품은 Neu5Gc 4 , 5 , 6 의식이 공급원 일 수있어 Neu5Gc 항체 생산을 유도하여 Neu5Gc 7에 대한 면역 반응을 유발합니다. Neu5Gc의식이 효과는 만성 염증 및 여러 가지 다른 질병에 기여하는 것으로 의심됩니다 ( 8 , 9 , 10) . Neu5Gc의 효과를 종합적으로 이해하기 위해식용 시알 산의 효과에 대한 체계적인 연구를위한 동물 모델은 매우 바람직하다. 녹아웃 마우스를 분석하기위한 중합 효소 연쇄 반응 (polymerase chain reaction, PCR)을 기반으로 한 프로토콜이 잘 확립되어 있고 유전형 평가를위한 편리한 방법이지만, 대사 수준에서 표현형의 기능 분석에는보다 구체적인 분석 방법이 필요합니다. Cmah knock-out 마우스 모델의 표현형은 간 또는 우유 샘플에서 시알 산의 조성을 분리하고 분석하여 평가할 수 있습니다. 동물 조직에서 시알 산을 검출하는 몇 가지 방법이 이전에보고되었습니다 : 시알 산을 레조 르시 놀 11 또는 티오 바르 비 투산 12 와 반응 시키면 발색 생성물이 형성되고 플레이트 판독기를 사용하여 간단하게 분석 할 수 있지만 시알 산 산 함량이 결정될 수있다. 대안으로, 시알 산의 분석은 가스 크로마토 그래피13 , MALDI-ToF 질량 분광 분석법 14 또는 전류 법 15 . 그러나, 가장 일반적으로 적용되는 시알 산 분석 방법은 가수 분해 릴리스, 형광 유도체 화 및 후속 고성능 액체 크로마토 그래피 16 , 17 , 18에 근거합니다.
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Protocol
동물 피험자에 관한 절차는 SPF에 수납 된 동물들과 실험 동물 복지에 관한 국가 지침 (과학 기술부, 중국 홍보, 2006)에 따라 난징 농업 대학교 실험 동물 센터의 윤리위원회의 승인을 받았다. 시설 (허가 ID : SYXK-J-2011-0037).
1. Cmah 녹아웃 마우스 모델
- 양주 대학교 (중국)의 비교 의학 센터에서 야생형 C57Bl / 6 마우스를 사용하십시오.
참고 : Cmah 녹아웃 마우스는 이전 Cmah 녹아웃 연구 17 , 19 에서 제공된 정보를 기반으로 생성되었으며 Cmah 유전자의 엑손 6에서 92 염기쌍을 제거하여 CRISPR / Cas9 20 전략을 사용하여 상업적으로 얻었습니다. 인간 CMAH 유전자에서 결실 19 . 양의 F 0 </ 서브> 때문이야 - 쥐 (2 개인)의 이형 때문이야 - F 1을 얻었다 야생형 마우스와 교배. 이형 F 1 때문이야 - 쥐 (5 개인)를 횡단 한 후, 동형 접합 Cmah 녹아웃 F 2 때문이야 - 쥐가 성공적으로 (3 개인)을 얻을 수있다. - 상업적 DNA 정제 키트를 사용하여 Zangala 21 에 제시된 방법에 따라 게놈 DNA를 사용하여 생쥐의 genotyping을 수행하십시오.
- 시중의 DNA 중합 효소와 프라이머 쌍 5'gaaagggctcggctctgtatgaa3 '및 5'tttaaagtgtcccgggtgagaagc3'를 사용하여 Cmah 유전자의 상응하는 DNA 단편을 증폭시킨다. 94 ℃에서 40 초 동안 변성, 40 초 동안 63 ℃에서 어닐링, 72 분에서 1 분간 연신하는 34 가지 PCR 사이클을 사용하여 유전자 증폭을 수행하십시오.
- PCR 제품을 1 % 아가 로즈 겔에서 시각화하십시오. 야생형 개체에 대해서는 단일 밴드 (0.5kb)를, 야생형 개체에 대해서는 더블 밴드 (0.4 및 0.5kb)를 관찰해야한다.heterozygous knock-out 개체 및 homozygous knock-out 개체에 대한 단일 밴드 (0.4kb)가 포함됩니다.
2. 샘플 수집
- Willingham 등이 기술 한 프로토콜을 사용하여 마우스 우유를 수집 합니다. 22 .
- Gonçalves 등이 설명한 프로토콜을 사용하여 마우스 간 조직을 수집 합니다. -80 ° C에서 23 개 샘플 저장소.
3. 우유에서 시알 산의 분리
- 증류 H 2 O 88 ㎖ 중에 빙초산 12 mL를 첨가하여 2 M 아세트산 용액 100mL를 준비
- 50 mL의 우유를 1.5 mL 원심 분리 튜브에 넣고 준비된 아세트산 수용액 1.2 mL를 넣는다.
- 80 ° C에서 4 시간 동안 현탁액을 품어 내고 샘플을 14,000 xg에서 10 분간 원심 분리한다.
- 상층 액의 상단 1,000 μL를 새로운 1.5 mL 원심 분리 튜브 및 Rem로 옮긴다.실온에서 원심 증발에 의해 용매를 제거하여 건조시킵니다 (부착 된 진공 펌프에 따라 4 ~ 20 시간이 소요됩니다). 재용 증류 H 2 O. 500 μL의 샘플을
- 마이크로 음이온 교환 컬럼을 준비하십시오. 이 단계는 음이온 성 화합물을 풍부하게하고 우유 및 간 샘플에서 양이온 및 중성 화합물을 제거하므로 시알 산 유도체 화를위한 형광성 OPD 표지제의 선택성을 증가시킵니다.
- 각 시료 200mg을 음이온 교환 수지 (Dowex 1X8)를 스톱 콕이 부착 된 빈 3mL 컬럼 튜브에 옮긴다.
- 단계 3.1에서 준비한 아세트산 수용액 2 mL를 첨가하여 수지 내의 염화물 이온을 아세테이트 이온으로 대체한다. 솔벤트가 수지 상단에 도달하면 즉시 스톱 콕을 닫으십시오.
- 조심스럽게 증류 H 2 O 2 ㎖를 추가 콕을 열어 즉시 도달 용매의 대부분 같은 흐름을 중지수지의 상단. 수지가 항상 솔벤트로 덮여 있는지 확인하십시오.
- 과량의 아세트산을 제거하기위한 증류 H 2 O 2 mL로 수지 컬럼을 두 번 더 세척 하였다.
- 단계 3.4에서 얻은 500 μL의 샘플 용매를 옮기십시오. 수지 칼럼에 놓고 흐름을 버린다. 부드럽게 1.5 ㎖ 중에 50mM의 아세트산 암모늄 용액 1 ㎖를 사용하여 수지로부터 시료 음이온 (암모늄 아세테이트 386 mg을 증류수 H 2 O 100 mL에 용해) 증류 H 2 O. 용출 2 mL로하여 수지를 씻어 원심 분리기 튜브. 실온에서 건조하여 원심 증발시켜 용매를 제거한다.
참고 : 건조 샘플은 4-6 ° C에서 12 개월까지 보관할 수 있습니다.
4. 간 조직으로부터 시알 산의 분리
- 부드럽게 20-50 mg의 마우스 간을 해동시키고 그것을 Dounce 조직 분쇄기 (1 mL 또는 2 mL 용량)로 옮긴다. 1.2 mL의 아세트산 수용액단계 3.1에서 준비하고 10 초 동안 부드러운 전단하여 조직을 균질. 생성 된 현탁액을 1.5 mL 원심 분리 튜브에 옮긴다.
- 3.3 단계를 수행하십시오. 3.6.
참고 : 건조 샘플은 4-6 ° C에서 12 개월까지 보관할 수 있습니다.
5. 혼합 시알 산 표준의 제조
- 분석 용 저울에 N- 아세틸 뉴 라민 산 5 - 8 mg을 1.5 mL 원심 분리 관에 넣습니다. 정확한 체중을 주마다 mg을 증류수 H 2 O 164 μL를 추가 (즉 Neu5Ac의 중량을 7.2 ㎎을 다음 7.2 = 1 × 164, H 2 O 증류수 181 μL를 추가 할 경우). 최대 12 개월 동안 -20 ° C에서 보관할 수있는 20 mM Neu5Ac 스톡 용액이 생성됩니다.
- 1mg 분량과 같은 적절한 가격으로 소량의 N- 글리콜 릴 뉴 라민 산을 얻습니다. ~ 20 mM의 Neu5Gc 스톡 용액을 제조하기 위해 화합물 2 O 직접 증류 H 154 μL를 추가한다. 전송1.5 mL 원심 튜브에 넣었다. 이 솔루션은 최대 12 개월 동안 -20 ° C에서 보관할 수 있습니다.
- 단계 5.1 및 5.2의 각 원액에서 5 μL를 신선한 1.5 mL 원심 튜브에 넣고 실온에서 건조하여 원심 증발에 의해 용매를 제거합니다.
참고 : 혼합 시알 산 표준은 최대 12 개월 동안 4 ~ 6 ° C에서 보관할 수 있습니다.
6. 시알 산의 형광 유도체 화
- 오르토 페닐 렌 디아민 100㎎을하고 10ml에 아황산 수소 나트륨 208 mg을 구성된 10 ㎖ OPD-용액을 준비하여 H 2 O를 증류
- 마우스 우유 (3 단계), 마우스 간 (4 단계), 또는 혼합 시알 산 표준 (5 단계)에서 파생 된 시알 산 샘플에 OPD 솔루션 20 μL를 추가합니다. 어두운 곳에서 80 ° C에서 4 시간 동안 시료를 30 초간 격렬히 교반하고 incubate하십시오 ( 즉 , 알루미늄 호일에 마이크로 튜브를 감싸십시오).
- 샘플을 5 분 동안 식히고 80μ; 증류수 H 2 O의 L 1 분 동안 14,000 XG에서 튜브를 원심 분리.
- 상등액에서 80 μL를 300 μL 고 회수 HPLC 바이알로 옮긴다. 유도체 화 된 시알 산 시료는 4 ~ 6 ° C에서 최대 1 주일 동안 보관할 수 있습니다.
7. 시알 산 유도체의 HPLC 분석
- 온라인 형광 검출기에 연결된 표준 HPLC 시스템을 사용하여 시료를 분석하십시오.
- 표준 250mm 길이와 4.6mm 직경의 역상 C18 컬럼을 사용하여 분석하십시오.
- 스톡 용액 200 mL를 LCMS 급수 800 mL로 희석하여 용매 A를 준비한다 (LCMS - 액체 크로마토 그래피 질량 분석기). 원액 자체는 다음과 같이 준비 할 수있다 :
- 46 g의 개미산을 800 mL의 LCMS 등급 H 2 O에 첨가한다.
- 수산화 암모늄 용액 (puriss.pa)을 적가하여 pH를 4.5로 조정한다.
- 솔벤트를실린더를 측정하고 LCMS 등급 H 2 O로 1,000 mL까지 채우십시오.이 저장 용액은 4 ~ 6 ° C에서 3 개월까지 저장할 수 있습니다.
- 용매 B의 경우 LCMS 등급의 아세토 니트릴을 사용하십시오.
- 시알 산 유도체를 1 mL / min 유속으로 다음의 농도 구배로 분리하십시오 :
- 용매 A에 혼합 된 용매 B를 10 % 첨가하여 시작하십시오.
- 0 분에서부터 15 분까지 점차적으로 용매 B의 비율을 60 %까지 선형 그래디언트로 증가시킵니다.
- 15 분에서 16 분 사이에 선형 그라디언트로 용매 B의 비율을 60 %에서 90 %까지 빠르게 증가시킵니다. 이것은 HPLC 칼럼의 세척을 시작한다.
- HPLC 칼럼을 추가로 세척하기 위해 용매 B의 수준을 16 분에서 18 분 사이에 90 %로 유지 한 다음 용매 B의 수준을 18 분에서 19 분 사이에 다시 10 %로 점차 감소시킵니다.
- HPLC 칼럼을 19 ~ 24 분 사이의 10 % B의 시작 조건으로 재 평형시킨다.
- 에서시료 50 μL를 HPLC 시스템에 주입하십시오.
- 373/448 nm의 형광 검출기 여기 / 방출 파장을 사용하여 용리액을 모니터링하고 유도체 화 된 시알 산은 대략 9 분 (Neu5Gc-OPD) 및 10 분 (Neu5Ac-OPD)의 예상 유지 시간에서 예상 할 수 있습니다.
- F Neu5Gc [%] = 100 × A Neu5Gc / (A Neu5Ac + A Neu5Gc )와 같이 Neu5Ac (A Neu5Ac )와 Neu5Gc (A Neu5Gc )의 형광 피크 면적으로부터 Neu5Gc (F Neu5Gc )의 상대적 양을 계산 하라 . homozygous Cmah knock-out 마우스의 우유 및 간 샘플의 경우 F Neu5Gc 는 0 %이어야하지만, 이형 접합체 및 야생형 마우스의 F Neu5Gc 값은 마우스 나이와 조직 유형에 따라 크게 다를 수 있습니다 (2 % 및> 90 %)로 예상 오차 여백은 ± 12 %입니다.
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Representative Results
설명 된 분석 방법의 개략적 인 개요는 그림 1에 표시되어 있으며 야생 형 및 Cmah 녹아웃 돌연변이 마우스의 우유 및 간 샘플에서 시알 산을 분리하고 형광 유도체 화 및 이러한 구성 요소의 HPLC 분석을 포함합니다. 그림 2 와 그림 3 은 homo- 과 heterozygous knock-out Cmah 마우스 (- / -와 +/-)와 야생형 마우스의 우유와 간 샘플 유도체 화 시알 산의 대표적인 HPLC 크로마토 그램을 보여줍니다. 도 4 는 HPLC 피크 면적으로부터 계산 된 분석 마우스 샘플의 N- 글리콜 릴 뉴 라민 산 (Neu5Gc)의 얻어진 상대량을 나타낸다.
그림
그림 2 : Homo- 및 Heterozygous Knock-out Cmah 마우스 (- / - 및 +/-) 및 야생형 마우스로부터 유래 된 우유 샘플로부터의 형광 표지 된 시알 산의 HPLC 크로마토 그램. 상단 크로마토 그램은 혼합 된 시알 산 표준입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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그림 3 : Homo- 및 Heterozygous Knock-out Cmah 마우스 (- / - 및 +/-) 및 야생형 마우스에서 추출한 간 샘플의 형광 표지 된 시알 산의 HPLC 크로마토 그램. 상단 크로마토 그램은 혼합 된 시알 산 표준입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4 : HPLC 피크 영역에서 계산 된 분석 된 마우스 샘플의 N- 글리콜 릴 뉴 라민 산 (Neu5Gc)의 상대적인 양. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
본 명세서에 제시된 프로토콜은 우유 및 간 샘플의 Neu5Gc의 상대적인 양을 분석하고 정량화함으로써 동형 접합성 Cmah 녹아웃 마우스의 표현형 평가를 가능하게한다. 형광 검출을 이용한 표준 HPLC 설정을 사용하여 분석을 수행 하였다. 이 절차의 가장 중요한 단계는 음이온 교환 컬럼을 준비하고 음이온 교환 크로마토 그래피를 수행하는 것입니다. 수지를 적절하게 침전시키고 적절한 세척 및 용출 분획을 수집하는 것은 약간의 연습을 필요로한다.
다르게는, 본원에서 사용 된 유도체 화제 OPD는보다 고가의 유도체 화제 DMB (1,2- 디아 미노 -4,5- 메틸렌 디 옥시 벤젠)로 쉽게 대체 될 수있다. 또한, 수득 된 시알 산 유도체를 단계 6.5로부터 분석 하였다. 또한 수 질량 분광 검출 대신 형광 검출 (MS-2020 검출기와 결합 즉 시마즈 Nexera UPLC 시스템)을 사용하여 분석 할 수있다. 에이단계 7.2-7.6을 적용 할 때, 시알 산 유도체는 382.0 및 398.0의 m / z 비율 (이들은 각각 Neu5Ac-OPD 및 Neu5Gc-OPD의 H + - 아형)에 대한 양이온 모드 스캐닝을 사용하여 직접 검출된다.
이 방법의 한 가지 한계는 Neu5Gc 함량이 Neu5Ac 양에 비례하여 정량화 될 수 있지만 절대적으로는 정량화 될 수 없다는 것입니다. 그렇게하기 위해 샘플 준비의 초기 단계에서 내부 표준으로서 뚜렷하고 정량 할 수있는 시알 산을 첨가 할 필요가있다. 또 다른 단점은 Neu5Gc heterozygous knock-out 마우스의 상대적 양은 개별 마우스의 표본 유형 ( 즉, 조직)과 나이에 따라 크게 달라질 수 있기 때문에 동형 접합체이지만 이형 접합체 인 Cmah knock-out mice 만 명확하게 식별 할 수 있다는 것입니다. 이 방법의 향후 개발에는 내부 표준의 추가 및 생쥐에서의 시알 산의 절대 정량화가 포함될 수 있습니다.
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Disclosures
저자는 공개 할 것이 없습니다.
Acknowledgments
이 작품은 중국 자연 과학 재단 (JV 및 LL에 부여 번호 31471703, A0201300537 및 31671854) 및 100 개의 외국 재능 계획 (JV에 부여 번호 JSB2014012)으로 부분적으로 지원되었습니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Chemicals: | |||
| N-acetylneuraminic acid | Sigma | A0812 | |
| N-glycolylneuraminic acid | Sigma | 50644 | 1 mg aliquot should be sufficient |
| o-Phenylenediamine | Sigma | 694975 | |
| Sodium hydrogen sulfite | J&K Scientific Ltd | 75234 | |
| Tools/Materials: | |||
| 3 mL SPE tubes | Supelco | Sigma 57024 | empty solid phase extraction columns |
| Luer stopcock | Sigma | S7396 | to stop the flow of the SPE tube |
| Dowex 1X8 | Dow Chemicals | Sigma 44340 | 200 - 400 mesh |
| Dounce tissue grinder | Sigma | D8938 | tight fit |
| HPLC Analysis: | |||
| High-recovery HPLC vial | Agilent Technologies | #5188-2788 | |
| HPLC System | Shimadzu | Nexera | |
| Fluorescence Detector for HPLC | Shimadzu | RF-20Axs | |
| HPLC Column | Phenomenex | Hyperclone ODS | 250 x 4.6 mm |
| LCMS-grade H2O | Merck Millipore | #WX00011 | |
| LCMS-grade Acetonitrile | Merck Millipore | #100029 | Hypergrade |
| Ammonium hydroxide solution | Fluka | #44273 | puriss. P.a. |
References
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