Auteurs
Contactez-nous

S'identifier

Un abonnement à JoVE est nécessaire pour voir ce contenu. Connectez-vous ou commencez votre essai gratuit.

Dans cet article

  • Résumé
  • Résumé
  • Introduction
  • Protocole
  • Résultats
  • Discussion
  • Déclarations de divulgation
  • Remerciements
  • matériels
  • Références
  • Réimpressions et Autorisations

Résumé

Nous décrivons une méthode à base de HPLC pour la détermination de l'acide N-acétylneuraminique et de l'acide N-glycolylenuraminique dans le foie et le lait de souris.

Résumé

Le CMAH (cytidine monophosphate-N-acétylneuraminique acide hydroxylase) est responsable de l'oxydation des acides cytidine monophosphate-N-acétylurauraminiques chez les mammifères. Cependant, les humains ne peuvent pas oxyder l'acide cydaine monophosphate-N-acétylurauraminique en acide cytidine monophosphate-N-glycolylneuraminique en raison d'une deletion primaire d'exon du gène CMAH . Pour comprendre plus en détail les effets et les implications du manque d'activité du CMAH, un modèle Cmah knock-out chez la souris présente un vif intérêt pour la recherche fondamentale et la recherche appliquée. Le procédé d'analyse pour déterminer le phénotype de ce modèle de souris est décrit ici en détail et est basé sur la détection à la fois de l'acide N-acétylneuraminique et de l'acide N-glycolylenuraminique dans le foie et du lait de souris de type sauvage et Cmah knock-out. Les acides sialiques endogènes sont libérés et dérivés avec de l'O-phénylènediamine pour générer des dérivés fluorogènes, qui peuvent ensuite être analysés par HPLC. Le protocole présenté peut êtreA également demandé l'analyse d'échantillons de lait et de tissus provenant de diverses autres origines et peut être utile pour étudier les effets nutritionnels et sanitaires de l'acide N-glycolylneuraminique.

Introduction

L'acide N-acétylneuraminique (Neu5Ac) et l'acide N-glycolylneuraminique (Neu5Gc) sont les acides sialiques les plus courants chez la plupart des mammifères 1 . Bien que capable de synthétiser Neu5Ac de manière endogène, les humains ne sont pas capables de produire Neu5Gc en raison d'une deletion primaire d'exon sur le gène CMAH codant pour une hydroxylase CMP-Neu5Ac 2 , 3 . Cependant, les produits alimentaires à base d'animaux peuvent être des sources alimentaires de Neu5Gc 4 , 5 , 6 , conduisant à la production d'anticorps anti-Neu5Gc et déclenchent donc une réponse immunitaire envers Neu5Gc 7 . Cet effet diététique de Neu5Gc est suspecté de contribuer à l'inflammation chronique et à diverses autres maladies 8 , 9 , 10 . Afin de comprendre de façon compréhensive les effets de Neu5Gc en hUn modèle animal pour l'étude systématique des effets des acides sialiques d'origine alimentaire est hautement souhaitable. Bien que les protocoles basés sur la réaction en chaîne par polymérase (PCR) pour l'analyse de souris knock-out soient bien établis et constituent un moyen pratique pour l'évaluation génotypique, l'analyse fonctionnelle du phénotype sur le niveau métabolique nécessite des méthodes d'analyse plus spécifiques. Le phénotype d'un modèle de souris Cmah knock-out peut être évalué en isolant et en analysant la composition des acides sialiques dans des échantillons de foie ou de lait. Plusieurs méthodes pour la détection des acides sialiques dans les tissus animaux ont déjà été rapportées: la réaction des acides sialiques avec le résorcinol 11 ou l'acide thiobarbiturique 12 entraîne la formation d'un produit chromophore et peut être simplement analysée à l'aide d'une configuration basée sur platereader, mais seulement le sialique total La teneur en acide peut être déterminée. En variante, l'analyse des acides sialiques a également été décrite en utilisant une Chromatographie en phase gazeuse13 , la spectrométrie de masse MALDI-ToF 14 ou les méthodes ampérométriques 15 . Cependant, les méthodes d'analyse d'acide sialique les plus couramment appliquées sont basées sur la libération hydrolytique, suivie d'une dérivation de fluorescence et de la Chromatographie liquide 16 , 17 , 18 .

Protocole

Les procédures impliquant des sujets d'animaux ont été approuvées par le Comité d'éthique du Centre animal expérimental de l'Université agricole de Nanjing conformément aux Lignes directrices nationales pour le bien-être animal expérimental (Ministère de la Science et de la Technologie, PR de Chine, 2006) avec les animaux hébergés dans un SPF Installation (ID d'autorisation: SYXK-J-2011-0037).

1. Modèle de souris Cmah Knock-out

  1. Utiliser des souris C57Bl / 6 de type sauvage du Centre de médecine comparée de l'Université de Yangzhou (Chine).
    NOTE: Les souris Cmah knock-out ont été générées en fonction de l'information fournie par les précédentes études Cmah knock-out 17 , 19 et obtenues commercialement en utilisant une stratégie CRISPR / Cas9 20 en éliminant 92 paires de bases de l'exon 6 du gène Cmah , qui est également Supprimé dans le gène CMAH humain 19 . Positif F 0 </ Sub> -mice (2 individus) ont été croisés avec des souris de type sauvage pour obtenir un mélange F 1 hétérozygote. Après avoir traversé le mélange de F 1 hétérozygote (5 individus), on peut obtenir un homozygose à la souris F- 2 (3 individus).
  2. Effectuer le génotypage de souris en utilisant de l'ADN génomique selon la méthode montrée par Zangala 21 en utilisant un kit commercial de purification d'ADN.
    1. Amplifier un fragment d'ADN correspondant du gène Cmah en utilisant une ADN polymérase commerciale et la paire d'amorces 5'gaaagggctcggctctgtatgaa3 'et 5'tttaaaatgtcccgggtgagaagc3'. Effectuer l'amplification du gène en utilisant 34 cycles de PCR consistant en une dénaturation à 94 ° C pendant 40 s, un recuit à 63 ° C pendant 40 s et un allongement à 72 ° C pendant 1 min.
    2. Visualiser les produits de PCR sur un gel d'agarose à 1%. On devrait observer une seule bande (0,5 kb) pour l'individu de type sauvage, une bande double (0,4 et 0,5 kb) pour laIndividu hétérozygote knock-out, et une bande unique (0,4 kb) pour l'individu knock-out homozygote.

2. Collection d'échantillons

  1. Recueillir du lait de souris en utilisant le protocole décrit par Willingham et al. 22 .
  2. Recueillir du tissu hépatique de souris en utilisant le protocole décrit par Gonçalves et al. 23 et stockez les échantillons à -80 ° C.

3. Isolation des acides sialiques du lait

  1. Préparer 100 ml d'une solution d'acide acétique 2 M en ajoutant 12 ml d'acide acétique glacial dans 88 ml d'H 2 O distillé.
  2. Transférer 50 μL de lait dans un tube de centrifugation de 1,5 ml et ajouter 1,2 ml de la solution aqueuse d'acide acétique préparée.
  3. Incuber la suspension pendant 4 h à 80 ° C et centrifuger l'échantillon à 14 000 xg pendant 10 min.
  4. Transférer le dessus de 1000 μL du surnageant dans un tube de centrifugation de 1,5 mL frais et remDéposer le solvant par évaporation centrifuge à température ambiante jusqu'à la sécheresse complète (selon la pompe à vide ci-jointe, cela prendra de 4 à 20 h). Ré-dissoudre l'échantillon dans 500 ul de H 2 O distillé.
  5. Préparez une colonne d'échange de micro-anions. Cette étape va spécifiquement enrichir les composés anioniques et éliminer les composés cationiques et neutres des échantillons de lait et de foie, et augmente donc la sélectivité de l'agent d'étiquetage OPD fluorogène pour la dérivatisation de l'acide sialique.
    1. Transférer pour chaque échantillon 200 mg de la résine échangeuse d'anions (Dowex 1X8) dans des tubes de colonne de 3 mL vides avec un robinet d'arrêt attaché.
    2. Ajouter 2 ml de la solution aqueuse d'acide acétique préparée à l'étape 3.1 pour remplacer les ions chlorure dans la résine par des ions acétate. Fermez le robinet dès que le solvant atteint le haut de la résine.
    3. Ajoutez doucement 2 ml d'H 2 O distillé, ouvrez le robinet et arrête le débit dès que la majeure partie du solvant atteintLe dessus de la résine. Assurez-vous que la résine est toujours recouverte de solvant.
    4. Laver la colonne de résine deux fois de plus avec 2 ml d'H 2 O distillé pour éliminer l'excès d'acétate.
  6. Transférer les 500 μL résultants d'échantillon de solvant à partir de l'étape 3.4. Sur la colonne de résine et jeter l'écoulement. Laver délicatement la résine avec 2 ml d'H 2 O distillé. Eluer les échantillons d'anions de la résine en utilisant 1 ml d'une solution d'acétate d'ammonium 50 mM (386 mg d'acétate d'ammonium dissous dans 100 ml d'H 2 O distillé) dans un 1,5 ml Tube centrifuge. Retirer le solvant par evaporation centrifuge à température ambiante jusqu'à la sécheresse.
    REMARQUE: Les échantillons secs peuvent être conservés à 4-6 ° C pendant 12 mois maximum.

4. Isolation des acides sialiques à partir du tissu de foie

  1. Dégraisser doucement 20 à 50 mg de foie de souris et le transférer dans un moulin à papier Dounce (1 mL ou 2 mL de volume). Ajouter 1,2 ml de la solution aqueuse d'acide acétiquePréparé à l'étape 3.1 et homogénéiser le tissu par cisaillement doux pendant 10 s. Transférer la suspension résultante dans un tube de centrifugation de 1,5 ml.
  2. Suivez les étapes 3.3. À 3.6.
    REMARQUE: Les échantillons secs peuvent être conservés à 4-6 ° C pendant 12 mois maximum.

5. Préparation d'un ester d'acide sialique mixte

  1. Peser entre 5 et 8 mg d'acide N-acétylneuraminique sur un bilan analytique dans un tube de centrifugation de 1,5 mL. Notez le poids exact et ajoutez 164 μL d'H 2 O distillé pour chaque mg ( c.-à - d. Si le poids de Neu5Ac est de 7,2 mg puis ajoutez 7,2 x 164 = 1, 181 μl d'H 2 O distillé). Il en résulte une solution mère de 20 mM Neu5Ac qui peut être stockée à -20 ° C pendant 12 mois.
  2. Obtenir de l'acide N-glycolylneuraminique à des quantités plus petites à un prix modéré tel que dans des aliquotes de 1 mg. Ajouter 154 μl d'H 2 O distillé directement au composé afin d'obtenir une solution mère de Neu5Gc ~ 20 mM. Transférer leSolution dans un tube de centrifugation de 1,5 ml. Cette solution peut être stockée à -20 ° C pendant 12 mois maximum.
  3. Mélanger 5 μL de chaque solution mère de l'étape 5.1 et 5.2 dans un tube centrifuge frais de 1,5 mL et éliminer le solvant par evaporation centrifuge à température ambiante jusqu'à la sécheresse.
    REMARQUE: le standard d'acide sialique mélangé peut être conservé entre 4 et 6 ° C pendant 12 mois maximum.

6. Fluoréscence de la dérivation des acides sialiques

  1. Préparer 10 mL de solution OPD, consistant en 100 mg d'o-phénylènediamine et 208 mg d'hydrogénosulfite de sodium dans 10 ml d'H 2 O distillé.
  2. Ajouter 20 μL de solution OPD aux échantillons d'acide sialique dérivés du lait de souris (étape 3), du foie de souris (étape 4) ou du standard d'acide sialique mixte (étape 5). Vortex vigoureusement pendant 30 s et incuber les échantillons pendant 4 h à 80 ° C dans l'obscurité ( c.-à-d. Envelopper les microtubes dans du papier d'aluminium).
  3. Laisser refroidir les échantillons pendant 5 minutes, ajouter 80 μ; L d'H 2 O distillé et centrifuger les tubes à 14 000 xg pendant 1 min.
  4. Transférer 80 μL du surnageant dans un flacon HPLC à haute récupération de 300 μL. Les échantillons d'acide sialique dérivés peuvent être conservés entre 4 et 6 ° C pendant une semaine.

7. Analyse HPLC des dérivés de l'acide sialique

  1. Analyser les échantillons en utilisant un système HPLC standard connecté à un détecteur de fluorescence en ligne.
  2. Utilisez une colonne en phase inversée C18 avec les dimensions standard de 250 mm de longueur et 4,6 mm de diamètre pour l'analyse.
  3. Préparer le solvant A en diluant 200 ml de solution stock avec 800 ml d'eau de qualité LCMS (LCMS - spectrométrie de masse en chromatographie liquide). La solution stock elle-même peut être préparée comme suit:
    1. Ajouter 46 g d'acide formique à 800 ml d'H 2 O de qualité LCMS.
    2. Ajuster le pH à 4,5 en ajoutant goutte à goutte une solution d'hydroxyde d'ammonium (pur. Pa).
    3. Transférer le solvant à unMesurez le cylindre et remplissez jusqu'à 1000 mL avec H 2 O de qualité LCMS. Cette solution mère peut être conservée entre 4 et 6 ° C pendant 3 mois maximum.
  4. Pour le solvant B, utiliser de l'acétonitrile de qualité LCMS.
  5. Séparer les dérivés d'acides sialiques à un débit de 1 mL / min avec l'élution en gradient suivant:
    1. Commencez par ajouter 10% de solvant B mélangé au solvant A.
    2. De 0 min à 15 min, augmente progressivement la proportion de solvant B avec un gradient linéaire à 60%.
    3. De 15 min à 16 min, augmente rapidement la proportion de solvant B avec un gradient linéaire de 60% à 90%. Ceci initie le lavage de la colonne HPLC.
    4. Pour laver davantage la colonne HPLC, maintenir le niveau de solvant B à 90% entre 16 min et 18 min avant de réduire progressivement le taux de solvant B de nouveau à 10% entre 18 min et 19 min.
    5. Rééquilibrer la colonne HPLC aux conditions de départ de 10% B entre 19 et 24 minutes.
  6. DansJeter 50 μL d'échantillon dans le système HPLC.
  7. Surveiller les éluants en utilisant les longueurs d'onde d'excitation / émission du détecteur de fluorescence de 373/448 nm, et les acides sialiques dérivés peuvent être attendus aux temps de rétention approximatifs de 9 min (pour Neu5Gc-OPD) et 10 min (pour Neu5Ac-OPD).
  8. Calculer la quantité relative de Neu5Gc (F Neu5Gc ) des zones de pointe de fluorescence des Neu5Ac (A Neu5Ac ) et Neu5Gc (A Neu5Gc ) comme suit: F Neu5Gc [%] = 100 × A Neu5Gc / (A Neu5Ac + A Neu5Gc ). Dans le cas des échantillons de lait et de foie de la souris homozygote Cmah knock-out, F Neu5Gc devrait être de 0%, alors que les valeurs de F Neu5Gc de souris hétérozygotes et de type sauvage peuvent varier considérablement en fonction de l'âge de la souris et du type de tissu (entre 2% Et> 90%) avec des marges d'erreur attendues de ± 12%.

Résultats

Une vue d'ensemble schématique du procédé d'analyse décrit est illustrée à la figure 1 et comprend l'isolement des acides sialiques à partir d'échantillons de lait et de foie de souris mutantes de type sauvage et Cmah knock-out et de la dérivation de fluorescence et de l'analyse HPLC de ces composants. La figure 2 et la figure 3 montrent des chromatogrammes HPLC...

Discussion

Le protocole présenté ici permet l'évaluation phénotypique des souris homozygotes Cmah knock-out en analysant et en quantifiant les quantités relatives de Neu5Gc de lait et d'échantillons de foie. L'analyse a été effectuée en utilisant une configuration HPLC standard avec détection de fluorescence. L'étape la plus critique de cette procédure est la préparation des colonnes d'échange d'anions et la réalisation de la chromatographie d'échange d'anions; Rég...

Déclarations de divulgation

Les auteurs n'ont rien à dévoiler.

Remerciements

Ce travail a été soutenu en partie par la Fondation des sciences naturelles de Chine (numéros de subvention 31471703, A0201300537 et 31671854 à JV et LL) et au 100 Plan des talents étrangers (numéro de subvention JSB2014012 à JV).

matériels

NameCompanyCatalog NumberComments
Chemicals:
N-acetylneuraminic acidSigmaA0812
N-glycolylneuraminic acidSigma506441 mg aliquot should be sufficient
o-PhenylenediamineSigma694975
Sodium hydrogen sulfiteJ&K Scientific Ltd75234
Tools/Materials:
3 mL SPE tubesSupelcoSigma 57024empty solid phase extraction columns
Luer stopcockSigmaS7396to stop the flow of the SPE tube
Dowex 1X8Dow ChemicalsSigma 44340200-400 mesh
Dounce tissue grinderSigmaD8938tight fit
HPLC Analysis:
High-recovery HPLC vialAgilent Technologies#5188-2788
HPLC SystemShimadzuNexera
Fluorescence Detector for HPLCShimadzuRF-20Axs
HPLC ColumnPhenomenexHyperclone ODS250x4.6 mm
LCMS-grade H2OMerck Millipore#WX00011
LCMS-grade AcetonitrileMerck Millipore#100029Hypergrade
Ammonium hydroxide solutionFluka#44273puriss. P.a.

Références

  1. Lamari, F. N., Karamanos, N. K. Separation methods for sialic acids and critical evaluation of their biologic relevance. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. 781 (1-2), 3-19 (2002).
  2. Irie, A., Koyama, S., Kozutsumi, Y., Kawasaki, T., Suzuki, A. The molecular basis for the absence of N-glycolylneuraminic acid in humans. J Biol Chem. 273 (25), 15866-15871 (1998).
  3. Chou, H. H., et al. A mutation in human CMP-sialic acid hydroxylase occurred after the Homo-Pan divergence. Proc Natl Acad Sci U S A. 95 (20), 11751-11756 (1998).
  4. Rehan, I. F., et al. Large-Scale Glycomics of Livestock: Discovery of Highly Sensitive Serum Biomarkers Indicating an Environmental Stress Affecting Immune Responses and Productivity of Holstein Dairy Cows. J Agric Food Chem. 63 (48), 10578-10590 (2015).
  5. Wang, B., McVeagh, P., Petocz, P., Brand-Miller, J. Brain ganglioside and glycoprotein sialic acid in breastfed compared with formula-fed infants. Am J Clin Nutr. 78 (5), 1024-1029 (2003).
  6. Yao, H. L., et al. Quantification of sialic acids in red meat by UPLC-FLD using indoxylsialosides as internal standards. Glycoconj J. 33 (2), 219-226 (2016).
  7. Nguyen, D. H., Tangvoranuntakul, P., Varki, A. Effects of natural human antibodies against a nonhuman sialic acid that metabolically incorporates into activated and malignant immune cells. J Immunol. 175 (1), 228-236 (2005).
  8. Byres, E., et al. Incorporation of a non-human glycan mediates human susceptibility to a bacterial toxin. Nature. 456 (7222), 648-652 (2008).
  9. Hedlund, M., Padler-Karavani, V., Varki, N. M., Varki, A. Evidence for a human-specific mechanism for diet and antibody-mediated inflammation in carcinoma progression. Proc Natl Acad Sci U S A. 105 (48), 18936-18941 (2008).
  10. Tangvoranuntakul, P., et al. Human uptake and incorporation of an immunogenic nonhuman dietary sialic acid. Proc Natl Acad Sci U S A. 100 (21), 12045-12050 (2003).
  11. Svennerholm, L. Quantitative estimation of sialic acids. II. A colorimetric resorcinol-hydrochloric acid method. Biochim Biophys Acta. 24 (3), 604-611 (1957).
  12. Warren, L. The thiobarbituric acid assay of sialic acids. J Biol Chem. 234 (8), 1971-1975 (1959).
  13. Kakehi, K., Maeda, K., Teramae, M., Honda, S., Takai, T. Analysis of sialic acids by gas chromatography of the mannosamine derivatives released by the action of N-acetylneuraminate lyase. J Chromatogr. 272 (1), 1-8 (1983).
  14. Wheeler, S. F., Domann, P., Harvey, D. J. Derivatization of sialic acids for stabilization in matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry and concomitant differentiation of alpha(2 --> 3)- and alpha(2 --> 6)-isomers. Rapid Commun Mass Spectrom. 23 (2), 303-312 (2009).
  15. Hurum, D. C., Rohrer, J. S. Determination of sialic acids in infant formula by chromatographic methods: a comparison of high-performance anion-exchange chromatography with pulsed amperometric detection and ultra-high-performance liquid chromatography methods. J Dairy Sci. 95 (3), 1152-1161 (2012).
  16. Ito, M., et al. An improved fluorometric high-performance liquid chromatography method for sialic acid determination: an internal standard method and its application to sialic acid analysis of human apolipoprotein. E. Anal Biochem. 300 (2), 260-266 (2002).
  17. Naito, Y., et al. Germinal Center Marker GL7 Probes Activation-Dependent Repression of N-Glycolylneuraminic Acid, a Sialic Acid Species Involved in the Negative Modulation of B-Cell Activation. Mol Cell Biol. 27 (8), 3008-3022 (2007).
  18. Manzi, A. E., et al. High-pressure liquid chromatography of sialic acids on a pellicular resin anion-exchange column with pulsed amperometric detection: a comparison with six other systems. Anal Biochem. 188 (1), 20-32 (1990).
  19. Hedlund, M., et al. N-glycolylneuraminic acid deficiency in mice: implications for human biology and evolution. Mol Cell Biol. 27 (12), 4340-4346 (2007).
  20. Platt, R. J., et al. CRISPR-Cas9 knockin mice for genome editing and cancer modeling. Cell. 159 (2), 440-455 (2014).
  21. Zangala, T. Isolation of genomic DNA from mouse tails. J Vis Exp. (6), e246 (2007).
  22. Willingham, K., et al. Milk collection methods for mice and Reeves' muntjac deer. J Vis Exp. (89), (2014).
  23. Goncalves, L. A., Vigario, A. M., Penha-Goncalves, C. Improved isolation of murine hepatocytes for in vitro malaria liver stage studies. Malar J. 6, 169 (2007).

Réimpressions et Autorisations

Demande d’autorisation pour utiliser le texte ou les figures de cet article JoVE

Demande d’autorisation

Explorer plus d’articles

BiochimieNum ro 125CMAHacide sialiqueNeu5Gcacide N glycolylneuraminiqueNeu5AcHPLC FLDlait souris

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Confidentialité

Conditions d'utilisation

Politiques

Contactez-nous

RECOMMANDER À LA BIBLIOTHÈQUE

NEWSLETTERS JoVE

Recherche

Enseignement

Auteurs

Bibliothécaires

À PROPOS DE JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Tous droits réservés.