12
Med. Mierobiol. Immunol. 157, 120--131 (1972) by Springer-Verlag 1972 Eine Methode zur spezifischen Reinigung der ersten Komplementkomponente C 1" Rv.rNm~RD WVNDV.~CH und RO~CXLD R~Gv.~_A~ Institut ffir Medizinische Mikrobiologie tier Johannes Gutenberg-Universit~t,Mainz Eingegangen am 22. September 1971 A Two-Step Method for the Purification of C1 Summary. A two-step method for the purification of C1 out of guinea-pig serum has been investigated. The first step consists in the precipitation of the euglobulin fraction of serum. An ionic strength of 0.015 and a pH-value of 6.7 have been found to be the optimal conditions for this precipitation. The second purification step consists in the following procedure: The C1 in the euglobulin preparation is incubated with heavily sensitized ghosts of sheep-erythrocytes at a low ionic strength; these cells with the antibody-bound C1 then are thouroughly washed and afterwards the C1 is eluted from the antigen-antibody-Cl-eomplex with a 1.5 molar NaCl-buffer. If this eluate is contaminated with proteins out of the celimembrane a second precipitation of the euglobulins or ultracentrifugation will separate these proteins from C1. The characteristics and the criteria for purity and functional activity of such Cl-preparations are described. Zusammen/assung. Verschiedene Parameter fiir die Ausf~llung der Cl-ent- haltenden Euglobulinfraktion aus Serum fiir die Anlagerung yon C1 an sensibili- sierte Erythrocytenstromata nnd fiir die anschliel3ende Abdissoziation des C1 yore Antigen-An~ikSrperkomplex wurden untersucht mit Hinbliek auf optimale Aus- beute an funktionell aktivem C1. Die Untersuchungen fiihrten zu dem folgenden Pr~iparationsweg f(ir C1. Im ersten Schritt erfolgt die :Euglobulinpr/~cipitation bei einem p]~ yon 6,7 und einer Ionenstarke yon 0,015. Diese Ionenst/~rke ist identisch mit einer Leit- f~ihigkeit yon 2 mS des mit H~O verdfinnten Serums. Im zweiten Reinigungssehritt wird das C1 der Euglobulinfraktion gelSst in einem Puffer der Ionenstiirke 0,065, an sensibilisierte Erythrocytenstromata an- gelagert; der cellulare Komplex Antigen-AntikSrper-C1 wird dana yon allen yon der ZeUmembran austretenden Eiweillen freigewaschen. AnschlieBend wird C1 durch Verwendung eines 1,5 m NaC1-Puffers vom AntikSrper abdissoziiert. Gelegent- liche Kontamination des 1,5 m-Eluats mit EiweiBen aus der Membran der Zellen kann durch eine zweite Euglobulinfiillung oder durch Ultrazentrifugation aus- geschaltet werden. Die Reinheitskriterien des C1-Pr~parates werden mit denen anderer Pr/ipara- tionsverfahren verglichen und diskutiert. Der tectmische und zeitliche Aufwand dieses Darstellungsweges ist erheblich geringer als bei anderen Verfahren. * Die Arbeiten wurden unterstiltzt mit Forschungsmitteln der VW-Stiftung (11/1130) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (Ri 118/3). Die Komplementnomenklaturund die Abkiirzungen warden entsprechend den Empfehlungen des Bull. Wld Hlth Org. 89, 935 (1968) verwendet.

Eine Methode zur spezifischen Reinigung der ersten Komplementkomponente C 1

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Eine Methode zur spezifischen Reinigung der ersten Komplementkomponente C 1

Med. Mierobiol. Immunol. 157, 120--131 (1972) �9 by Springer-Verlag 1972

Eine Methode zur spezifischen Reinigung der ersten Komplementkomponente C 1"

Rv.rNm~RD WVNDV.~CH u n d RO~CXLD R ~ G v . ~ _ A ~

Institut ffir Medizinische Mikrobiologie tier Johannes Gutenberg-Universit~t, Mainz

Eingegangen am 22. September 1971

A Two-Step Method for the Pur i f ica t ion of C1

Summary. A two-step method for the purification of C1 out of guinea-pig serum has been investigated. The first step consists in the precipitation of the euglobulin fraction of serum. An ionic strength of 0.015 and a pH-value of 6.7 have been found to be the optimal conditions for this precipitation. The second purification step consists in the following procedure: The C1 in the euglobulin preparation is incubated with heavily sensitized ghosts of sheep-erythrocytes at a low ionic strength; these cells with the antibody-bound C1 then are thouroughly washed and afterwards the C1 is eluted from the antigen-antibody-Cl-eomplex with a 1.5 molar NaCl-buffer. If this eluate is contaminated with proteins out of the celimembrane a second precipitation of the euglobulins or ultracentrifugation will separate these proteins from C1. The characteristics and the criteria for purity and functional activity of such Cl-preparations are described.

Zusammen/assung. Verschiedene Parameter fiir die Ausf~llung der Cl-ent- haltenden Euglobulinfraktion aus Serum fiir die Anlagerung yon C1 an sensibili- sierte Erythrocytenstromata nnd fiir die anschliel3ende Abdissoziation des C1 yore Antigen-An~ikSrperkomplex wurden untersucht mit Hinbliek auf optimale Aus- beute an funktionell aktivem C1. Die Untersuchungen fiihrten zu dem folgenden Pr~iparationsweg f(ir C1.

Im ersten Schritt erfolgt die :Euglobulinpr/~cipitation bei einem p]~ yon 6,7 und einer Ionenstarke yon 0,015. Diese Ionenst/~rke ist identisch mit einer Leit- f~ihigkeit yon 2 mS des mit H~O verdfinnten Serums.

Im zweiten Reinigungssehritt wird das C1 der Euglobulinfraktion gelSst in einem Puffer der Ionenstiirke 0,065, an sensibilisierte Erythrocytenstromata an- gelagert; der cellulare Komplex Antigen-AntikSrper-C1 wird dana yon allen yon der ZeUmembran austretenden Eiweillen freigewaschen. AnschlieBend wird C1 durch Verwendung eines 1,5 m NaC1-Puffers vom AntikSrper abdissoziiert. Gelegent- liche Kontamination des 1,5 m-Eluats mit EiweiBen aus der Membran der Zellen kann durch eine zweite Euglobulinfiillung oder durch Ultrazentrifugation aus- geschaltet werden.

Die Reinheitskriterien des C1-Pr~parates werden mit denen anderer Pr/ipara- tionsverfahren verglichen und diskutiert. Der tectmische und zeitliche Aufwand dieses Darstellungsweges ist erheblich geringer als bei anderen Verfahren.

* Die Arbeiten wurden unterstiltzt mit Forschungsmitteln der VW-Stiftung (11/1130) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (Ri 118/3).

Die Komplementnomenklatur und die Abkiirzungen warden entsprechend den Empfehlungen des Bull. Wld Hlth Org. 89, 935 (1968) verwendet.

Page 2: Eine Methode zur spezifischen Reinigung der ersten Komplementkomponente C 1

Methode zur spezifischen l~einigung der ersten Komplementkomponente C1 121

Einleitung Die erste Komplementkomponente, C1, wurde als 19S Makromolekiil

eharakterisiert mit einem Molekulargewicht yon 1000000; C1 gehSrt zur Eugloblfllnfraktion des Serums und wandert elektrophoretiseh mit den 7-Globulinen. Dureh Chromatographie in EDTA-haltigen Puffern kann C1 in die Untorkomponenten Clq, Clr und Cls dissoziiert werden [7, 9]. Unter dem EinfluB hoher Ionenstt~rke kann C1 in bis zu 12 loichte Monomere mi t einer Sedimentationskons~ante yon etwa 4S zerlegt wer- don [3,12]. Der Nachweis yon C1 ist auf zwei Wegen mSglich, entweder immunehemiseh mit ttilfe yon quantita~iven Prieipitat ionsmethoden oder durch die Funktionsanalyse im I-Is Mit dieser funktio- nellen MeBmethode der Molekulartitra$ion ist es mSglieh, die Zahl der hhmolytisch aktiven C1-Molekiile im Serum odor in einer LSsung zu be- stlmmen. Colten e~ al. (1967) haben naehgewiesen, dal3 ein einziges hiimolytisch aktives Molekiil C1 -- im weiteron e/]e]ctives Mole]~iil C1 genannt -- identisch ist einem einzigen Proteinmolekiil won C1. Im Meer- sehweinehenserum betr~gt die C1-Konzentration 5 - - 8 • TM effektive Molekfile C1 pro nil; im mensehlichen Serum kSnnen 2--4 • 10 TM effek- t i r e Molekiile C1 pro nil naehgewiesen werden. Auf Grund des bekannten Molekulargewichtes lt~i]t sieh aus diesen Angaben ffir Meersehweinchen- serum ein CI-Proteingehalt yon ca. 15 ttg/ml und won oa. 50 ~g/ml ffir menschHches Serum errechnen. C1 stellt also ungeft~hr 1/3000 der ge- samten Serumproteine dar.

In Tab. 1 sind die in der Literatur dokumentierten Darstellungs- methoden fib C1 zusammengostellt. Die bishorigen Methoden sind ent- weder teehniseh sehr aufwendig, oder man kann nur eine Anreiche- rung won C1 im Endpri~parat erzielen.

Ziel dioser Untersuehungen war es, die Parameter der einzelnen Prti- parationssehritte zu untersuchen mid sehlielMich mit mSglichst einfaehen technisehon Mitteln C1 aus dem Serum rein und funktionell aktiv dar- zustellen.

Ergebnisse 1. Prdclpltation der Gl haltigen Eufflobulin/raktion

C1 geh5rt zur Euglobulinfrak~ion des Serums, d. h. es wird bei Er- niedrigung der Ionenst~rke unl5slich. Der isoelektrische Punkt des Molekfils lieg$ in leicht sauren pH-Bereichon. I)er erste Sehritt bei alien Priiparationswegen (siehe Tab. 1) ist meist die Ausfifllung dot EuglobuHn- fraktion des Serums durch Erniedrigung der Ionensttirke bei neutralen p t t -Wer ten odor bei pt t -Werton im sauren Bereich bis p i t 5,2. In einer ersten Versuchsserie wurde versucht, die optimalen Bedingungen fiir diese Prieipi ta t ion zu ermitteln.

Page 3: Eine Methode zur spezifischen Reinigung der ersten Komplementkomponente C 1

t~

Tab

elle

1.

Re~n

dars

tellu

ng d

er 1

. Kom

plem

ent~

mpo

nent

e (~

bers

ichf

au8

der

Lite

ratu

r)

Rei

nigu

ngss

chri

tte

Bem

erku

ng

Eug

lobu

linf

~ll

ung

bei

Am

mon

ium

sulf

atf~

llun

g E

uglo

buli

nf~

llun

g be

i 0

,6%

der

Ser

umpr

otei

ne [

11]

pH

~

5,2

und

bt ~

- 0,

02

bei

1,22

m

pH

~

5,2

und

~ -~

0,0

2

Eug

lobu

linf

~ll

ung

bei

pH

=

5,5

und

~ =

0,2

Eug

lobu

linf

gllu

ng b

ei

pH

~

5,5

und

[~ =

0,

2

Aal

lage

rung

yon

Ci

an E

A

und

Elu

tion

dav

on m

it

ED

TA

Eug

lobu

linf

gllu

ng b

ei

pH

~

5,6

und

t~ =

0,

0l

Eug

lobu

linf

~ll

ung

bei

pH

~-

7,5

und

t~ ~

0,

04

Eug

lobu

linf

~ll

ung

bei

pH

~

5,6

und

t~ ~

0,

02

Eug

lobu

linf

iill

ung

bei

pH

-~

5,4

und/

z ~

0,02

Chr

omat

ogra

phie

an

DE

AE

-Cel

lulo

se

erne

ute

Eug

Iobu

Iinf

iilI

ung

Met

hano

lfii

lhm

g be

i 10

~

S~

ttig

ung

Ult

raze

ngri

fuga

tion

, U

ltra

zent

rifu

gati

on,

= 0,

3 ~

= 0,

065

Aus

beut

e 17

--25

o[0,

0,

6~

der

Ser

um-

pro~

ine,

30-

-50f

aehe

Anr

eich

erun

g,

3 B

ande

n in

der

UZ

, fu

nkti

onel

l re

in [

7]

kein

e A

agab

en f

iber

Aus

beut

e u.

K. [

1]

Aus

beut

e 26

,6 ~

[5

]

[SOl

C1

voll

-akt

ivie

rt [4

]

~1

76

(~:

Ione

nsti

~rke

des

Puf

fers

.)

Page 4: Eine Methode zur spezifischen Reinigung der ersten Komplementkomponente C 1

bfethode zur spezifischen Reinigung der ersten Komplementkomponente C 1 123

o

U

6

3 / ' ~ ~ . pH&0 I I T I T 1 I I T I ]

I 5 10 9

I! I T ! T I ! J 1 I I 5 10

I 5 10

[ T I - ' 1 " ~ , I I I 5 10

I I I f I ; f I l f f 1 5 10

I 5 10

i f " oH 5.0 'T" I ! I T I I I I 1 1 2 3 /, 5 6 7 8 9 I0 liras

LeitfS.higkeit

pH 5.5 I

Abb. I. EinfluB der Wassersk)ffionen-Konzentration und der Ionenst~rke auf die Prgcipitation der C1 haltigen Fraktion. Je 10 ml Serum wurden auf die an- gegebenen pH-Werte eingestellt und mit aqua dem. 1:10 verdiinn~; C1-Gehalt, pH und Leitfiihigkeit wurden gemessen. Die Serumverdfinnungen warden gegen jeweils 800 ml aqua dem. untmr st~ndigem Riihren im Eisbad dialysiert. Alle 30rain wurde die Konduktivit~it gemessen und 1 ml entnommen und bei 18000 U/rain zentrifugiert. Das zweimal in 0,015 m NaC1 gewaschene Praeipitat wurde in 1 ml VBS gelSst. Dot C1-Gehalt dieser L6sung ist auf der Ordinate

aufgetragen

Die Abb . 1 zeigt , daI3 C1 be i nu r le ich te r Ans i iuerung des Serums a u f p H - W e r t e zwischen 6,5 u n d 7,0 u n d du rch Verd i innen des Serums au f eine Leitf i~higkeit zwischen 2 m S u n d 1 m S - - dies e n t sp r i c h t e twa einer I o n e n s ~ r k e y o n T/2 ~ 0,015 - - vo l l s t~ndig pri~cipit iert wird. Dieses C I - P r ~ c i p i t a t k a n n in Puffern hSherer Ionens t i i rke wieder vol ls t i indig

Page 5: Eine Methode zur spezifischen Reinigung der ersten Komplementkomponente C 1

t~

Tab

elle

2.

Cha

rakt

eris

tica

yon

Ulh

alti

gen

Pr(

tpar

alio

nen

Zei

le

C1 h

alti

ge F

rakt

ion

Eft

. Mol

. C1

mg

Pro~

. E

ft. M

ol. C

1 pr

o R

eini

gung

s-

Aus

beut

e pr

o m

ix 1

012

pro

ml

mg

Pro

f.•

1013

fa

ktor

1 S

erum

6,

8 40

0,

17

100

~

2 E

uglo

buli

nfra

ktio

n 30

4

7,5

44

Ver

such

V

ersu

ch

Ver

sueh

V

ersu

eh

a)

b)

a)

b)

a)

b)

a)

b)

1,5

m-E

luat

2,

2 1,

7 0,

52

0,04

6 4,

2 36

25

21

1

19S

-Gra

dien

tenf

rakt

ion

aus

Ver

such

a)

1,1

0,02

9 34

19

9

Cl-

Pr~

para

tion

nac

h U

ltra

zent

rifu

gati

on

3,8

0,09

4 40

23

5

Ver

such

a)

b)

73 ~

56

~

34%

36 ~

5"

0q

r ~

Page 6: Eine Methode zur spezifischen Reinigung der ersten Komplementkomponente C 1

Methods zur speziiischen Reinigung der ersten Komplementkomponente C 1 125

und ohne Aktivit~tsverlust gelSst werden. Die Versuche zeigten dariiber hlnaus, dab dutch die Ausfs der Euglobulinfraktion bei noeh nied- rigerer Ionensts C1 unl6slieh wird und dabei irreversibel denaturiert wird. Aueh pH-Versehiebungen auf Werte unter pH 5,5 bewirken eine solche Denaturierung des Molekfils. Fiir die folgenden Versuehe wurden die in dieser Versuchsreihe als optimal ermittelten Bedingungen der Euglobulinlor~ciloitation , n/imlich Verdiinnen des Serums auf eine Ionen- sts yon um 0,015 naeh vorherigem Einstellen des Serum-pH auf Werte zwisehen 6,5 und 7,0, angewendet.

2. Spezi/ische Relnlgung yon C1 dutch Anlagerung an Immunaffgregate und darau//olffende Abspaltung

Von Becker (1959) wurde beschrieben, dab C1 in EDTAhaltigem Milieu yore Immunkomplex AgAkC1 abgesprengt wird. Klein (1967) mud Steinbreeher (1966} fanden sparer, daft C1 aueh in LSsungen hSherer Ionensts vom Immunkomplex wieder abdissoziiert und dabei funk- tionell intakt bleibt. Die An]agerung des C1-Molekfils an Immunpr~ci- pirate und die Absprengung davon bringt teehnische Schwierigkeiten mit sich: es mull sehr hoeh~ourig zentrifugiert werden, und bei Arbeiten im LabormaBstab k6nnen nut kleine Mengen erzielt werden. Mit sensibili- sierten EryChroeyten als Immunaggregate kann man diese Schwierig- keiten umgehen. Doeh die osmotisehe H~molyse der Erythrocyten beim Waschen in den Puffern hoher Ionensti~rke ffihrt zu neuen Problemen. Steinbrecher (1966) ffihrte deswegen diese Versuehe mit sensibilisierten Stromata dutch. Unsere Versuche zur spezitlschen Reinigung yon C1 dureh Anlagerung an sensibilisierte Erythroeytenstromata und an- schlieBendes Abdissoziieren davon wurden naeh dieser l~ethode in einer Modifikation durehgeffihrt (s. muter Material und Methoden).

In Tab.2 sind zwei Versuehe aus einer Reihe wiedergegeben. Die Tab. 2 gibt in der ersten SpaRe den C1-Gehalt des Serums an. Die zweite Spalte zeigt den Reinheitskoeffizienten und die Ausbeute nach der Euglobulinpr~eipitation. Dieser erste Reinigungssehritt, die Euglobulin- priicipitation, ffihrt zu gut reproduzierbaren Ergebnissen. Die angege- benen Werte fiir die Konzentration von effektiven Molekiilen C1 pro Milliliter und Eiweil] in Mflligramm sind auf das Ausgangsvolumen an Serum bereehnet. Das Euglobulinpr~cipitat wurde im Experiment nur in einem Zehntel des Ausgangsvolumens gelSst. In der dritten Reihe sind die Daten fiir das ,,1,5 m-Eluat" der Stromata angeffihrt. Dieses Eluat enth~lt das yon den sensibilisierten Stromata abdissoziierte C1; die Konzentrationen beziehen sich ebenfalls auf das Ausgangsvolumen des Serums. Das Gesamtvolumen dieses ,1,5 m-Eluats" wechselt von Versuch zu Yersuch sehr. Es ist bei den versehiedenen Versuehen aueh in stets wechselndem Mal]e mit Eiwei~en aus der Membran der Stromata

Page 7: Eine Methode zur spezifischen Reinigung der ersten Komplementkomponente C 1

126 R. Wunderlieh und R. Ringelmann:

kontaminiert. Im Versuch a) ist ein solcher Versuch mi~ hoher EiweiB- kontamlna~ion dargestellt. Andere Pr~parationen ergaben aber sehon in diesem Sehritt einen hohen Reinheitsgrad der C1.Pr~paration; ein soleher Versueh ist unter b) dargestellt. Die Versuehe a) und b) markieren nach unserer Erfahrung die Grenzwerte bei diesem Pr~parationssehritt.

3. Methoden zur weiteren Reinigung yon C1

Wenn das Eluat neben C1 noeh andere Proteine enth~lt, so kann durch eine zweite Euglobulinf~llung aus dem ,,1,5 m-Eluat" eine zus~tz- fiche etwa 5--10fache Reinigung erzielt werden. Ein Zahlenbeispiel ist hierffir in der Tab. 2 nieh~ angegeben. Eine andere Pr~parationsmethode ist in der vierten Reihe der Tab. 2 dargestellt. Das ,1,5 m-Eluat" wurde mit Hflfe yon Druckfil~ration eingeengt und auf einen Saeeharose- Gradienten zwisehen 10--400/0 Saeeharose in einem Puffer niederer Ionenst~rke aufgetragen. Nach Ultrazentifugation wurden die sehweren Gradienten-Fraktionen gepoolt. Mit diesem Pr~parationssehritt wird ebenfalls eine etwa 10faehe Reinigung erziel~.

d. Charakterisierung der C1-Pr~t~ration

Das ,1,5 m-Eluat" yon den sensibilisierten Erythroeyten-Stromata und die 19 S-Fraktionen nazh Ultrazen~rffugation enthielten 5• is effektive Molek/ile C1 pro 1 mg Protein. Das Molekulargewicht der C1- Preparation wurde aus der Sedimen~ationskonstante in einem Saeeha- rose-Gradien~en ermi~tel~, wie in Abb. 2 dargestellt. Aus dem bekannten Molekulargewieht der Marker-Proteine und den respektiven Sedimen~a- tionsstreeken wurde graphisch das Molekulargewieht ffir C1 mi~ 1,1 • 10 s bestimmt. Zur Kl~rung der Frage, ob die Ct-Pr~para~ion auBer C1 noch andere kontaminierende Eiwei~e enbh~l~, warden folgende Versuehe durchgeffihr~.

Bei der analytisehen Polyaerylamidelektrophorese war im Gel keine Proteinbande naehzuweisen; das aufgetragene Protein wanderte wegen des hohen Molekulargewieh~es yon e~wa 1000000 nicht ein. Begleit- proteine mit einem niedrigeren Molekulargewicht waren also nieht naeh- weisbar. Die Immunpr~eipitation der C1-Pr~paration gegen ein Anti- Meersehweinehenserum und gegen ein Anti-Euglobulin-Fraktionsserum ergab eine einzige Pr~cipit~tlinie. In der lmmunelektrophorese zeigten sieh dagegen drei Linien. Diese Beobaehtung kann erkl~rt werden dureh die Dissoziation des C1-Molekiils in Untereinheiten in alkalisehen Puffern [13]. Die Immunabsorption des C1-Pr~parates mit einem Album]n-Anti- albumimPr~cipitat wurde folgendermaBen durehgeffihrt: das Albumiu- Antialbumin-Prs wurde gewaschen und ca. 2 mg davon mi~ der C1-Pr~paration 20 rain bei 37 ~ C inkubiert; naeh dem Abzentrifugieren war der Ubers~and der C1-LSsung optiseh leer bei 280 m~ und es war

Page 8: Eine Methode zur spezifischen Reinigung der ersten Komplementkomponente C 1

5Iethode zur spezifischen Reinigung der erstcn Komplemen~komponente C 1 127

800

o.~ ~, Catalase-Aktivit~it -~?00 I ~ (HzOz-Abnahme/2mlnl /

\2 ]ooo % 70

._: 6C- = -]500

50- ~-~ / . \

4U ~ ,.. .

X.. �9 o3

Catalase-Aktivlt~it 1 0 t / ! A "~ [Blasenbildung ctus Hz 02")

I0 20 30 40 Zahl der Fraktionen

-.9~----Sediment ationsric htung

Abb.2. Ultrazentrifugation yon gereinigtem Cl zusammen mi~ Markerprot~inen. 3 mg a~-Makroglobulin, 3 mg Ovalbumin und 2 mg Katalase wurden in je 1 ml S-VBS geI6st. 0,2 ml einer 1 : 1 : 1-Misehung dieser I~sungen wurden auf js einen Saeeharose-Gradienten in einem VBS-Puffer der Ionenst~irke 0,065 und einer Ca++-Konzentration aufgetragen. Alle verwendeten Puffer enthielten 1,5• 10 -4 m CaCl2. - - Von den abgetropften Fraktionen (10 Tropfen pro Fraktion) wurden die OD bei 280 m~ bestimmr Katalase wurden dariiber hinaus nach- gewiesen dutch l~essung der OD-Abnahme yon 3 ~ H~02-LSsung bei 310 mtt und dutch qualitative Beurteilung der Bl~ischenbildung in Tropfen yon 3 ~ tt202-LSsung in Gegenwar~ der katalasehaltigen Fraktionen. C1 wurde dutch seine

h~molytische Aktivitllt lokalisier~

ke ine C1-Aktivi t / i$ m e h r naehzuweisen . E in Kont ro l l exper imen$ , bei dem der C1-Pr/~parat ion E D T A , 0,01 m, zugese tz t worden war , e rgab dagegen ke ine V e r m i n d e r u n g der op t i sehen Dich te des U b e r s t a n d e s naeh der I m m u n a b s o r p t i o n . Aus diesen Versuchen d a f t m a n schlieBen, dab alles P ro t e in de r Pr /~parate immunolog i sch iden t i sch i s t m i t C1.Molekiilen.

Page 9: Eine Methode zur spezifischen Reinigung der ersten Komplementkomponente C 1

128 R. Wunderlieh und R. Ringelmann:

Diskussion

Mit Hilfe yon zwei Schritten, nitmlich der Euglobulinpr~zipitation und der anschlieBenden Anlagerlmg der gel6sten Euglobulinfraktion an sensibilisierte Stromata, grfindlichem Wasehen der Stromata mit Puffern niederer Ionensti~rke und Abspaltung des C1 dutch Puffer hoher Ionen- sti~rke yon den sensibilisierten Stromata kann eine bis zu 600faehe An- reicherung yon C1 aus Serum erzielt werden. Die Zahl bezieht sich auf das Verh~ltnis yon effektiven Molekfilen C1 pro M~lllgramm Protein im Serum und im Endpr~parat. In der letzten Reihe der Tab.2 wurden Werte angeffihrt, die in unserem Laboratorium mit der yon Colten et al. [41 besehriebenen h~ethode erzielt wurden.

Hierbei wird yon der Euglobulinpr~paration ausgegangen. In der Euglobulin- fraktion wird C1 in Puffern hoher Ionenst~rke zu leichten Monomeren mit einem NIolekulargewicht yon ca. 100000 dissoziiert und in diesem Puffer auf einen Saceha- rose-Gradienten gebracht und zentrifugiert. Die in der Euglobulinfraktion ent- haltenen NIakroglobuline, die nicht dissoziieren, werden dabei in den Gradienten hinein sedimentiert, wogegen das dissoziierte C1 und alle leichteren Proteine in den leiehten Gradientenfraktionen bleiben. Diese Fraktionen werden nach Ab- schluB der Zentrifugation gepoolt, eingeengt und auf eine Ionenst~ixke yon 0,065 dialysiert. Dabei reassoziieren die C1-Monomere wieder zu MakromolekiiIen mit einem Molekulargewicht yon etwa 1,1 • e. Die Dissoziation und Reassoziation gehen mit hoher Ausbeute an h~molytiseher Funktion einher. Das Dialysat mit dem reassoziierten C1 wird erneut auf einen Saeeharose-Gradienten aufgetragen; die 19S-Fraktion dieses Gradienten enth~lt nach Absehlul~ der Zentrifugation die C1-Fraktion.

Ein Vergleich dieser Methode mit unserem Verfahren zeigt, dal3 sowohl in bezug auf den Reinigungskoeffizienten wie in bezug auf die Ausbeute vergleichbare Ergebnisse erzielt werden. Alle C1-Pr~parationen enthalten etwa 4 • 10 la effektive Molekfile C1 pro Milligramm Protein naeh den bier gew~hlten Bestimmungsmethoden fiir C1 und Protein. Absolut reines C1 sollte naeh der einleitend dargestellten Rechnung etwa 54 • 10 TM Molekfile Ci pro Milligramm Protein enthalten. Die Dislcrepanz zwisehen dem gefundenenWert 4 • 10 ~a effektive Molekfile proMilligramm und dem zu fordernden Weft yon 54 • 10 la Molekiilen k6nnte darauf sehlieBen lassen, dab noeh kontam~nlerende EiweiBe vorhanden oder dab funktionell stumme C1-Molekiile in der Pr/iparation enthalten sind. Wahrscheinlieher erscheint uns aber, dab dureh technische Sehwierig- keiten ein Defizit an effektiven 1YIolekfilen vorget~uscht wird: der EiweiB- gehalt yon eiweiBarmen C1-LSsungen ist schwer genau zu messen. Bei den dargestellten Versuehen wurde die Eiweil~konzentration aus der Extinktion der LSsungen bei 280 mbr errechnet. Da die Extinktions- koeffizienten der Proteine bei 280 m~t untersehiedlich groB sind und diese ~aktoren yon dem bier verwendeten Umreehnungsfaktor yon 0,98 -- dem Extinktionsfaktor eines Serum-Proteingemisehes - - u m das 5--10faehe

Page 10: Eine Methode zur spezifischen Reinigung der ersten Komplementkomponente C 1

l~Iethode zur spezifisehen Reinigung der ersten Komplementkomponente C 1 129

abweiehen k5nnen, sind die in der Tabelle angegebenen EiweiBkonzen- trationen mit gro~er Sicherheit zu klein. Hinzukommt, dab die Messung yon Proteinkonzentration in stark verdfinnten LSsungen verf~lscht werden kann. Das Verh~ltnis zwisehen der Zahl der gemessenen effek- riven C1-Molekiile und der aus der Extinkrion der LSsung errechneten Zahl yon Proteinmolekiilen ist sieher kleiner als es den angegebenen Zahlenwerten entsprieht. Dies geht aus der Tatsache hervor, dal~ nach Absorption des C1-Pr~parats mit Immunkomplexen kein Proteingehalt und keine CI-Akrivits mehr meBbar sind. :Fiir eine C1-PrKparation, die reehnerisch 6,4 • 10 ~'~ pro Milligramm Protein enthielt, konnten Colten e~ al. (1967) dutch radioakrive Markierung des Proteins naehweisen, daB zumindest 70--80~ aller Proteinmolekiile aktive C1-Molekiile dar- stellen.

Das auf dem besehriebenen Pr~pararionsweg gewonnene C1 hat ein Molekulargewieht yon 1 100000 und ist voll aktiviert. Die Immun- priieipitation mit Anriseren gegen Serum, gegen die Euglobulinfraktion und gegen das gereinigte C1 yore Meersehweinchen zeigt nur eine einzige Pr/icipitatlinie. Das CI-Pr~parat ist nieht kontaminiert mit anderen Komplementkomponenten. Der Beweis, dab jedes Proteinmolekiil der Pr~pararion ein funkrioneU akrives C1-Molekiil ist, steht noeh aus. Auf Grund der oben dargestellten Daten und ~berlegungen ist dies aber in hohem Marie wahrseheinlieh.

ffiir die Zweeke der Pr~pararion yon Zell-Intermedi~rprodukten zur Messung von Komplementkomponenten ist der 2-Sehritt-Pr~parations- weg ausreiehend. Der zeigliche und appararive Aufwand zur Rein- darstellung im pr~parativen MaBstab ist erheblich geringer als bei den bisher beschriebenen Methoden.

Material und Methoden

VBS (veronal buffered saline), VBS-EDTA-, VBS-Saccharose wurde hergestellt wie in [13] besehrieben. 1,5 m-VBS enthielt die zehnfache Menge an NaCI.

Die Prhparation yon Hammelerythrocyten-E- und yon EAC4-ZeUen fiir die Molekulartitras is~ ebenfalls in [13] besehrieben.

~ensibitis~erte Erythrocyten-Stromata wurden wie folgt hergestellt: 50 ml Ham- melerythroeyten, aufgenommen in AlseverlSsung, werden in VBS gvwasehen und auf eino Zellkonzentration von 5)< 109[ml eingestellt. Dieser Suspension wird boi 20 ~ unter stetigem Rfthren die AntikSrperlSsung zugcgeben. Die Amboceptor- konzentration betr~gt 400 E/ml (charge RLB 24 dcr Behringwerke). Nach eincr Inknbation yon 20 rain bei 4 ~ werden 3 ml Glycerin zugegeben und erncut 20 rain bei 4 ~ C und 20 rain bei 37~ inkubiert. Nach dem Abzentrifugieren wird das Zellsediment dureh 3--Smaliges Wasehen in VBS yore ausgetretenen H~moglobin freigewasehen. AnschlieBend werden die sensibilisierten Stromata in 1,5 m VBS ca. 15--20mal gewaschen, bis der Oberstand bei 280 m~t optisch leer ist.

Die Anlagerung vo~ C1 an die Stromata und die Elution yon C1 wurde wie folgt durchgefiihrt. Das Stroma-Sediment wird in 25 ml VBS-Saccharose der Ionenstiirke

Page 11: Eine Methode zur spezifischen Reinigung der ersten Komplementkomponente C 1

130 R. Wunderlieh und R. Ringelmarm:

0,065 resuspendiert (Zellkonzentration 10• 109/mI) und mit gleichcn Teilen der ]42uglobulinlSsung 30 min bei 37 ~ C und 12 Std bei 4 ~ C inkubier~. I)anach werden die Stromata in dem VBS-Saccharose-Puffer gewaschen, bis der ~0~bcrstand bei 280 m~z optisch leer int. I)as C1 wird yon dem sensibilisierten Stromata abdissoziiert dutch 3malige Inkubation mit je 10 ml 1,5 m VBS. Die resultierenden ~J~berstiinde werden gepoolt und bei 4 ~ (3 12 Std gegen VBS-Saccharose-Puffer der IonenstErke 0,065 dialysiert.

Die Komplementreagentien Vollkomplement C t, C'EDTA und C2 wurden ver- wendet wie in [13] angefiihrt.

Die Molekulartitrationen wurden mit Hilfe der Mikrolitermethodik durch- gefiihr~ [13]. Die Eiweiflmessungen erfolgten spektrophotometrisch (Photometer DBG Beck.mann) unter Verwendung des Extinktionskoeffizienten 0.98 bei 280 mix fill" ein Sernmprotein-Eiweil]gemisch der Konzentration yon 1 mg/ml.

Die analytische Poly.a~ryl-amid-elektrophorese und die Immun-elektropharese wurden mit Hilfe der Shandon- bzw. LK_B-Ger/~tc nach den Empfehlungen des Herstellers durchgefiihr~.

Die Zonenzentri]ugation wurde mit einer L2-65B Spinco-Zentrifuge mit dem Rotor Ti14 naeh der Methode yon Colten et al. (1969) ausgefiihrt.

Frau J. Ffigner mSchten wir fiir die ausgezeichnete Hilfe bei den Versuchen herzlieh danken.

Literatur

1. Becker, E. : Concerning the mechanism of complement action. IV.The properties of activated first component of guinea pig complement. J. Immunol. 82, 43 (1959).

2. Colten, H. R., Borsos, T., Rapp, H. J. : Efficiency of the first component of complement (C1) in the hemolytic reaction. Science 158, 1590 (1967).

3. -- -- -- Ultracentrifugation of the first component of complement. F.ffects of ionic strength. J. Immunol. 100, 808 (1968).

4. -- Bond, H., Borsos, T., Rapp, H. J.: Purification of the first component of complement by zonal ultraeentrifugation. J. Immunol. 103, 862 (1969).

5. Hoffmann, L. G.: Purification of the first and fourth components of guinea pig complement and studies on their mechanism of action. Dissertation, John Hopkins School of Hygiene and Public Health 1960.

6. Klein, P.: Inactivation of C/4 by guinea pig euglobullne. Prot. Biol. Fluids 15, 433 (1967).

7. Lepow, J. H., Naff, G. B., Todd, E., Pensky, I., Hinz, C. F., Jr.: Chromato- graphy resolution of the first component of human complement into three activities. J. exp. Med. 117, 983 (1963).

8. -- Ratnoff, O. D., Rosen, F. S., Pillemer, L.: Observation on a pro-esterase associated with partially purified first component of human complement. Proc. Soe. exp. Biol. (N. Y.) 92, 32 (1956).

9. Miiller-Ebcrhard, H. J.: Chemistry and reaction mechanisms of complement. Advane. Immunol. 8, 1 (1968).

10. Nelson, R. A., Jensen, J., Gigli, J., Tamura, N.: Methods for the separation, purification and measurement of nine components of hemolytic complement in guinea-pig serum. Immunoehemistry 8, 111 (1966).

11. Pillemer, L., Ecker, E.E. , Oncley, J .L. , Cohn, E . J . : J. exp. Med. 74, 297 (1941}.

Page 12: Eine Methode zur spezifischen Reinigung der ersten Komplementkomponente C 1

l~ethode zur spezifisehen Eeinigung der ersten Kompiementkomponente C i 13I

12. l~ingelmann, 1~.: Studien fiber don ]VIechanismus der Komplementaktivierung. Habi|itationssehrift, Med. Fakultgt, Univ. Mainz 1969.

13. - - Opferkueh, W., R611inghoff, M., Lees, M." Komplementmessung mit Hilfe des Mikrolitersystems. Z. reed. Mikrobiol. Immunol. 154, 329 (1969).

14. Steinbreeher, A.: Die Beziehungen der ersten Komplement-Komponente zur esteroly~isehen und antikomplementAiren Aktivit~t: Vergleiehende Unter- suehungen bei versehiedenen S~iugetieren. Dissertation, Mainz 1966.

Prof. Dr. 1~. l~ingelmann Inst i tut ffir Medizinische NIikrobiologie der Johannes Gutenberg-Universit~t D-6500 Main~, Augustusplatz Deutschland