線粒體是在真核細(xì)胞中由雙層高度特化的單位膜圍成的半自主性細(xì)胞器,能產(chǎn)生能量以維持細(xì)胞正常的生理活動(dòng)。大量研究表明,在生物的生長、發(fā)育、代謝、衰老、疾病、死亡以及生物進(jìn)化等方面,線粒體參與其中進(jìn)行調(diào)控或信號(hào)傳導(dǎo),且還參與細(xì)胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)、活性氧(ROS)的產(chǎn)生以及細(xì)胞色素C的釋放[1]。關(guān)于線粒體的研究在近十年來仍呈爆發(fā)式增長,也是近年來高分文章的焦點(diǎn)之一。
圖1 Ca2+和ROS/RNS在線粒體能量產(chǎn)生中的作用[1]。
目前文獻(xiàn)中對(duì)于線粒體的研究主要有兩個(gè)方面:一是形態(tài)結(jié)構(gòu)的檢測;二是線粒體功能的檢測及分析。
線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)的檢測
電子顯微鏡(electron microscope, EM)技術(shù)是觀察和分析線粒體結(jié)構(gòu)的金指標(biāo)。其中,透射電子顯微鏡是線粒體形態(tài)學(xué)檢查的有力工具,也是觀察線粒體超微結(jié)構(gòu)及其相關(guān)基因突變或生理?xiàng)l件引起的變化、線粒體與其他細(xì)胞膜(如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或質(zhì)膜)間相互作用的必要方法。此外,由于特異性強(qiáng),免疫電鏡已成為觀察線粒體相關(guān)蛋白質(zhì)定位的較好方法。
線粒體功能的檢測及分析
線粒體形態(tài)和功能密切相關(guān),通常線粒體伸長、呼吸或膜電位的增加與改善的線粒體功能相一致[2]。相反,活性氧(ROS)增加、線粒體鈣水平升高或線粒體斷裂可能表明功能障礙[3-4]?;罴?xì)胞線粒體染料包括DASPEI、4-Di-1-ASP等,對(duì)于線粒體功能的檢測及分析可以從以下幾個(gè)方面探究。
線粒體Ca2+ 測定
鈣(Ca2+)在許多生物系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用,包括信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、血液凝固、離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)、酶的激活和細(xì)胞分裂等方面。線粒體Ca2+ 被稱為氧化磷酸化的中心調(diào)節(jié)劑,在細(xì)胞內(nèi),鈣離子主要儲(chǔ)存在線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器中,Ca2+ 在調(diào)節(jié)線粒體代謝、保持細(xì)胞所需的線粒體ATP產(chǎn)量、通過ATP合成酶的磷酸化在ADP中發(fā)揮著重要作用。熒光探針Fluo 3-AM和Fluo 4-AM可以測量線粒體中的鈣含量。這種方法適用于各種活體細(xì)胞內(nèi)線粒體Ca2+ 的濃度檢測,操作簡便、性能穩(wěn)定,具有較高的靈敏性。
活性氧的檢測
正常情況下,細(xì)胞內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)與氧自由基處于平衡狀態(tài),細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)的水平維持在較低的生理范圍。在病理情況下,細(xì)胞內(nèi)抗氧化系統(tǒng)與氧自由基的平衡被打破,細(xì)胞內(nèi)活性氧水平過多,就可破壞線粒體的酶類、脂類和核酸,使機(jī)體出現(xiàn)氧化應(yīng)激,同時(shí)活性氧還可攻擊線粒體DNA產(chǎn)生氧化損傷,導(dǎo)致線粒體ATP合成減少、線粒體膜電位破壞等結(jié)構(gòu)和功能變化。因此,我們可以通過檢測活性氧的多少來測定線粒體的功能是否正常。ROS可采用熒光探針DCHF-DA染料測定;DCHF-DA本身沒有熒光,可以自由穿過細(xì)胞膜,進(jìn)入細(xì)胞后,細(xì)胞內(nèi)的酯酶水解生成DCHF,而DCHF不能出入細(xì)胞膜從而使探針很容易被標(biāo)記到細(xì)胞內(nèi)。在活性氧的存在下,DCHF被氧化生成熒光物質(zhì)DCF,其熒光強(qiáng)度與細(xì)胞內(nèi)活性氧水平成正比,檢測 DCF的熒光就可以知道活性氧的水平。
線粒體膜電位
線粒體內(nèi)膜兩側(cè)通常出現(xiàn)負(fù)電位差(?180 mV~ ?200 mV),這就是線粒體膜電位(mitochondrial membrane potential, MMP, Δψm)。MMP的變化甚至微量變化,都會(huì)極大地影響線粒體的功能。線粒體功能與細(xì)胞穩(wěn)態(tài)密切相關(guān),MMP的異常變化會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致線粒體疾病。監(jiān)測MMP是評(píng)估線粒體功能狀態(tài)的常用方法。目前常用的是采用熒光染料探針方法結(jié)合流式細(xì)胞術(shù)來檢測線粒體膜電位。親脂陽離子熒光染料是評(píng)估M M P的常用工具(表1)。
表1 線粒體膜電位檢測常用熒光染料
貨號(hào) | 產(chǎn)品名稱 | 產(chǎn)品描述 |
abs42026664 | 羅丹明 123(Rhod123) | 被活細(xì)胞線粒體特異性地?cái)z取,攝取率與線粒體膜電位呈正相關(guān)。靈敏性較好,可使用流式細(xì)胞儀或熒光分光光度計(jì)檢測熒光值的變化。 |
abs45153746 | 四甲基羅丹明甲酯高氯酸鹽(TMRM) | 易與活躍的線粒體螯合,可用能斯特方程定量測量膜電位。染料不會(huì)在細(xì)胞膜中形成聚集體,并且與膜蛋白具有最小的相互作用。 |
abs9103 | 四氯四乙基苯并咪唑羰花菁碘化物(JC-1) | 比羅丹明123靈敏度更高,當(dāng)線粒體膜電位升高時(shí),JC-1聚集于線粒體基質(zhì)中,形成JC-1聚合物,產(chǎn)生紅色熒光;當(dāng)線粒體膜電位較低時(shí),JC-1以單體的形式存在,產(chǎn)生綠色熒光(圖2),可采用熒光顯微鏡或流式細(xì)胞儀對(duì)線粒體膜電位作定性和定量的分析。 |
圖2 熱應(yīng)激損傷成肌細(xì)胞線粒體的生物發(fā)生和功能[5]。
成肌細(xì)胞在增殖(A)和分化(B)過程中JC-1染色的代表性圖像。(C)紅色熒光與綠色熒光的比率。(D)成肌細(xì)胞增殖和分化過程中的電子顯微鏡。紅色箭頭表示線粒體(比例尺: 500 nm)。
線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔(MPTP)檢測
線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeability transition pore, MPTP)是線粒體滲透轉(zhuǎn)換功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),是線粒體內(nèi)外膜結(jié)合處的一種蛋白性通道。它對(duì)細(xì)胞內(nèi)多種離子濃度變化非常敏感, 特別是對(duì)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)有重要作用。在細(xì)胞凋亡或壞死時(shí),線粒體內(nèi)容物通過膜通道孔釋放到胞漿中[6]。膜通道孔的開放,顯著改變了線粒體的通透性。鈣離子過度進(jìn)入、線粒體谷胱苷肽的氧化和活性氧族水平的增加等導(dǎo)致膜通道孔的持續(xù)開放,而造成細(xì)胞色素C的釋放和線粒體膜電位的消失[7]。鈣黃綠素-AM是一種活體細(xì)胞線粒體MPTP熒光檢測試劑,通過鈣黃綠素-鈷技術(shù)(聚集在線粒體內(nèi)的鈣黃綠素呈現(xiàn)熒光染色,而存在于胞漿或由線粒體釋放到細(xì)胞質(zhì)中的熒光染料即刻發(fā)生熒光淬滅)來分析和觀察線粒體膜通道孔活性。
此外,對(duì)線粒體的功能研究還可以從線粒體ATP測定、線粒體呼吸鏈復(fù)合體活性測定、線粒體DNA的檢測等方面進(jìn)行研究。線粒體功能檢測的理想研究還應(yīng)包括其他檢測的組合,如完整分離的線粒體、透化細(xì)胞或組織中氧消耗的測量、ATP的合成、用放射性標(biāo)記的底物進(jìn)行氧化研究和測定線粒體的運(yùn)動(dòng)等,并可以對(duì)線粒體的功能障礙進(jìn)行靈敏檢測。還可以通過測定線粒體的代謝物活力,如檢測丙酮酸、乳酸、乳酸脫氫酶等的水平來檢測線粒體的功能[8]。
參考文獻(xiàn)
[1] Castora F J .Mitochondrial function and abnormalities implicated in the pathogenesis of ASD[J].Progress in Neuro Psychopharmacology & Biological Psychiatry, 2019, 92:83-108.DOI:10.1016/j.pnpbp.2018.12.015.
[2] Gao G, Wang Z, Lu L, et al. Morphological analysis of mitochondria for evaluating the toxicity of alpha-synuclein in transgenic mice and isolated preparations by atomic force microscopy. Biomed Pharmacother, 2017, 96: 1380-1388.
[3] Ferraresi C, Kaippert B, Avci P, et al. Low-level laser (light) therapy increases mitochondrial membrane potential and ATP synthesis in C2C12 myotubes with a peak response at 3-6 h. Photochem Photobiol, 2015, 91(2): 411-416.
[4] 楊建, 高瑩, 史慧妍等.線粒體功能障礙與高血壓.中國動(dòng)脈粥樣硬化雜志, 2017, 25(10): 1061-1066.
[5] Lu JW, Li HX, Yu DB, et al. Heat stress inhibits the proliferation and differentiation of myoblasts and is associated withdamage to mitochondria[J]. Frontiers in Cell and Developmental Biology,2023.
[6] Castora FJ. Mitochondrial function and abnormalities implicated in the pathogenesis of ASD. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry, 2019, 92: 83-108.
[7] Chen MX, Ward E, Caivano M, et al. Probing mitochondrial permeability transition pore activity in nucleated cells and platelets by high-throughput screening assays suggests involvement of protein phosphatase 2B in mitochondrial dynamics. Assay Drug Dev Technol, 2018, 16(8): 445-455.
[8]肖晨,陳思君,危當(dāng)恒,等.線粒體功能的檢測方法[J].生命的化學(xué), 2020, 40(2):8.
線粒體研究產(chǎn)品推薦:
貨號(hào) | CAS號(hào) | 產(chǎn)品名稱 | 規(guī)格 |
abs42006041 | 3785-01-1 | DASPEI | 100mg |
abs42014734 | 148504-34-1 | 鈣黃綠素-AM | 1mg |
abs42017010 | 109244-58-8 | 二氫羅丹明123 | 5mg |
abs42026664 | 62669-70-9 | 羅丹明 123 | 25mg/100mg |
abs42197174 | 4091-99-0 | DCFH-DA | 100mg |
abs45153639 | 121714-22-5 | Fluo 3- AM | 1mg |
abs47014952 | 273221-67-3 | Fluo 4- AM | 50µg |
abs47048146 | 68971-03-9 | 4-Di-1-ASP | 20mg |
abs50016 | - | 線粒體膜電位檢測試劑盒劑 | 100T |
abs50042 | - | 血小板線粒體提取試劑盒 | 50T/100T |
abs9103 | 47729-63-5 | JC-1 碘化物 | 5mg |
abs9343 | - | 細(xì)胞線粒體分離試劑盒 | 50T |
abs9344 | - | 組織線粒體分離試劑盒 | 50T |
溫馨提示:absin所有產(chǎn)品僅用于科學(xué)研究,請(qǐng)勿藥物、家用或其他用途。
好消息!absin文獻(xiàn)獎(jiǎng)勵(lì)重磅升級(jí)!
Absin特色產(chǎn)品線:
WB相關(guān):ECL發(fā)光液、預(yù)染marker、預(yù)制膠;IHC相關(guān):二抗試劑盒、組化筆;IP/CoIP試劑盒;激動(dòng)劑/抑制劑;血清、BSA、蛋白酶K、CTB、TTX、CEE;凋亡試劑盒;呼吸爆發(fā)試劑盒;ELISA試劑盒;重組蛋白;抗體: 二抗、標(biāo)簽抗體、對(duì)照抗體;定制服務(wù)(抗體/多肽/蛋白/標(biāo)記/檢測)...
(空格分隔,最多3個(gè),單個(gè)標(biāo)簽最多10個(gè)字符)
立即詢價(jià)
您提交后,專屬客服將第一時(shí)間為您服務(wù)