Electron histochemical demonstration of gangliosides in normal and Tay-Sachs brain tissue

Summary

The reaction of colloidal ferric oxide with sialomucins (Hale stain) was applied to sialic acid-containing gangliosides in subcellular fractions of the brain, in order to investigate their localization by electron microscopy. Prior to all experiments, a check was made, by means of tritium-labeled ganglioside, to confirm that the ganglioside content in the subcellular particles was not the result of an unspecific adsorption during the isolating procedure. No considerable unspecific adsorption could be registered. Hale stain was first applied to subcellular fractions obtained from guinea-pig brains. Since nerve-endings, mitochondria and synaptic vesicles gave a positive staining reaction, incubations with neuraminidase and hyaluronidase were carried out in order to achieve a differentiation. Finally, the method was applied to the membranous cytoplasmic bodies (MCB) which were isolated from the brain of a patient with Tay-Sachs disease. It was concluded that: a) Hale stain stains gangliosides also, b) gangliosides are localized in the membrane of membranous cytoplasmic bodies and also very probably in the membrane of nerve-endings, c) synaptic vesicles give a Hale-positive reaction which cannot with certainty be attributed to gangliosides, d) the outer membrane of mitochondria contains Hale-positive substances, the nature of which is not known.

Zusammenfassung

Die Reaktion von kolloidalem Eisen mit Sialomucinen (Hale stain) wurde zur elektronenmikroskopischen Darstellung der neuraminsäurehaltigen Ganglioside in den subcellulären Fraktionen des Gehirns angewandt. Zunächst wurde mit Hilfe tritiummarkierter Ganglioside überprüft, ob bei der Gewinnung subzellulärer Fraktionen Ganglioside nicht unspezifisch subcellulär adsorbiert werden. Eine nennenswerte Adsorption konnte ausgeschlossen werden. Das Verfahren wurde zuerst auf die aus Meerschweinchengehirnen isolierten Fraktionen angewandt. Da Nervenendigungen, Mitochondrien und Synapsenbläschen Hale-positiv reagierten, dienten Enzyminkubationen mit Neuraminidase und Hyaluronidase zur Differenzierung von anderen Hale-positiven sauren Substanzen. Schließlich wurde die Methode auf die cytoplasmatischen multilamellären Körperchen (MCB) übertragen, die aus Gehirnen an Tay-Sachs'scher Krankheit Verstorbener isoliert wurden. Aus den Versuchen konnte abgeleitet werden, a) daß die Hale-Färbung auch Ganglioside anfärbt, b) daß Ganglioside auf der Oberfläche der Membran von den multilamellären Körperchen und mit hoher Wahrscheinlichkeit auch auf der Membran der Nervenendigungen lokalisiert sind, c) daß die Synapsenbläschen eine positive Reaktion ergeben, die jedoch nicht mit Sicherheit auf vorhandene Ganglioside zurückgeführt werden kann, d) daß die äußere Mitochondrienmembran Hale-positive Substanzen enthält, deren Natur unbekannt ist.