Microchemical studies on acid glycosaminoglycans of the epiphyseal zones during endochondral calcification

Abstract

The acid glycosaminoglycans of resting, columnar, hypertrophic and calcified zones of calf epiphyseal growth plate and of nasal septum cartilage were extracted with a dissociative solvent, 3M GuCl, according to Sajdera and Hascall (1969), to separate the glycosaminoglycans into an extractable pool and an unextractable pool which remains bound within the tissue. Epiphyseal cartilage required longer extraction times than did nasal septum cartilage to extract comparable amounts of acid glycosaminoglycans suggesting a stronger binding of proteoglycans within the tissue. Towards the calcification front the glycosaminoglycans were extracted more easily while in calcified zone not more than 30% could be extracted. Data obtained by the CPC microfractionation procedure of Antonopouloset al. (1964) indicated similar distribution according to molecular weight and/or charge density for extractable and unextractable chondroitin sulphate in nasal septum cartilage and in resting and columnar zones of epiphyseal growth plate. Unextractable glycosaminoglycans in hypertrophic and calcified zones were of predominantly low molecular weight and/or charge density compared to the extractable pool. Hyaluronic acid was unextractable in nasal septum and in resting, columnar and hypertrophic zones with increasing concentrations towards the calcification front. In calcified zone a shift to mainly extractable hyaluronic acid occurred. The significance of these findings is discussed.

Résumé

Des glycosaminoglycanes de zones au repos, sériées, hypertrophiques et calcifiées de la métaphyse épiphysaire et du cartilage du septum nasal ont été extraits à l'aide d'un solvant, 3 M GuCl, selon Sajdera et Hascall (1969), pour séparer les glycosaminoglycanes en une partie que l'on peut extraire et une partie qui reste liée au tissu. Le cartilage épiphysaire nécessite des temps d'extraction plus prolongés que le cartilage du septum nasal pour extraire des quantités similaires de glycosaminoglycanes acides suggérant une liaison plus étroite de ces derniers dans le tissu. Vers le front de calcification, les glycosaminoglycanes sont extraits plus facilement alors que dans la zone calcifiée pas plus de 30% ne peut être extrait. Des résultats obtenus par le procédé de microfractionnement CPC d'Antonopoulos et coll. (1964) indiquent une distribution similaire selon le poids moléculaire et/ou la densité de charge pour le chondroitine sulfate qui se laisse extraire ou non du cartilage du septum nasal et le chondroitine sulfate que l'on ne peut extraire du cartilage du septum nasal et des zones au repos et sériées de la métaphyse. Les glycosaminoglycanes des zones hypertrophiques et calcifiées que l'on ne peut extraire sont surtout de faible poids moléculaire et/ou leur densité de charge se compare au pool que l'on peut extraire. L'acide hyaluronique ne peut être extrait du septum nasal et des zones au repos, sériées et hypertrophiques avec des concentrations croissantes vers le front de calcification. Dans la zone calcifiée, un changement avec augmentation de l'acide hyaluronique que l'on peut extraire est noté. Ces résultats sont discutés.

Zusammenfassung

Die sauren Glycosaminoglycane von ruhenden, säulenförmigen, hypertrophischen und verkalkten Zonen der Epiphysen-Wachstumsplatte und des Nasenseptum-Knorpels vom Kalb wurden mittels eines dissoziierenden Lösungsmittels, 3 M Guanidinchlorid, nach Sajdera und Hascall (1969) extrahiert, um die Glycosaminoglycane in einen extrahierbaren und einen unextrahierbaren Anteil — dieser bleibt ans Gewebe gebunden — zu trennen. Der Epiphysenknorpel beanspruchte längere Extraktionszeiten als der Nasenseptumknorpel, um vergleichbare Mengen saurer Glycosaminoglycane abzugeben. Dies deutet auf eine stärkere Bindung der Proteoglycane im Gewebe. Die Glycosaminoglycane ließen sich leichter aus dem Bereich der Verkalkungsfront extrahieren, während aus der verkalkten Zone nicht mehr als 30% extrahiert werden konnten. Die Resultate, die mit dem Cetylpyridinchlorid-Mikrofraktionierungsverfahren von Antonopouloset al. (1964) erhalten wurden, deuteten auf eine ähnliche Verteilung entsprechend dem Molekulargewicht und/oder der Ladungsdichte für extrahierbares und unextrahierbares Chondroitinsulfat im Nasenseptumknorpel und in ruhenden und säulenförmigen Zonen der Epiphysen-Wachstumsplatte. Die unextrahierbaren Glycosaminoglycane in hypertrophischen und verkalkten Zonen zeigten vorwiegend niederes Molekulargewicht und/oder niedere Ladungsdichte im Vergleich zum extrahierbaren Anteil. Die Hyaluronsäure ließ sich aus Nasenseptum und ruhenden, säulenförmigen und hypertrophischen Zonen nicht extrahieren und zeigte höhere Konzentrationen als in der Verkalkungsfront. In der verkalkten Zone erfolgte eine Verschiebung zu meist extrahierbarer Hyaluronsäure. Die Bedeutung dieser Befunde wird diskutiert.