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一文看懂線粒體膜電位、線粒體質(zhì)量、線粒體ROS檢測染料及其優(yōu)缺點(diǎn)

更新時(shí)間:2019-11-13瀏覽:9855次

 

原創(chuàng): niwanmao 流式中文網(wǎng) 昨天

線粒體是細(xì)胞代謝的重要介質(zhì),是活性氧(ROS)的產(chǎn)生者和靶點(diǎn),是ATP水平和鈣穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)劑,也是參與氨基酸、脂質(zhì)和核苷酸合成的生物合成途徑的樞紐。

線粒體存在于所有細(xì)胞中,它們的大小、形狀和數(shù)量不同,這取決于細(xì)胞、基礎(chǔ)組織和其他一些因素的代謝需求??紤]到它們在細(xì)胞和機(jī)體功能中的關(guān)鍵作用,在許多遺傳和非遺傳疾病以及癌癥和衰老中觀察到線粒體(mt)功能障礙并不奇怪。在絕大多數(shù)情況下,mt功能障礙的顯著特征包括mt膜電位(mtmP)、mt質(zhì)量和氧化還原電位的變化。

流式細(xì)胞儀可以快速監(jiān)測完整細(xì)胞中的所有這些參數(shù),避免mt分離和/或破膜造成的假象?,F(xiàn)在已經(jīng)有許多mt特異性熒光探針,可用于測量mtmP、mt質(zhì)量和mt內(nèi)ROS,見下表:

線粒體膜電位檢測原理和要點(diǎn)

mtmP是質(zhì)子運(yùn)動(dòng)動(dòng)力的主要組成部分,它是由mt基質(zhì)泵到膜間空間的質(zhì)子形成的。這種電位根據(jù)線粒體的狀態(tài)而變化,與它們合成ATP的能力有關(guān),是細(xì)胞健康的常見指標(biāo)。mt基質(zhì)是負(fù)電位的,因此用于測量mtmP的染料通常是親脂性陽離子化合物,即帶正電荷的分子,它們可以跨膜而不會(huì)與膜結(jié)合,并與mtmP成正比地積聚在mt基質(zhì)中。超極化線粒體能積聚更多的染料,而去極化線粒體積聚的染料較少。

通過流式細(xì)胞術(shù)評(píng)估mtmP時(shí),必須考慮兩個(gè)要點(diǎn):

首先,應(yīng)仔細(xì)滴定染料濃度。高染料濃度會(huì)導(dǎo)致熒光猝滅,從而產(chǎn)生結(jié)果異常。雖然淬滅閾值因染料而異,但一般1–30 nM的濃度算足夠低,大多能避免不必要的淬滅現(xiàn)象。

其次,必須使用功能性對照來確保染料信號(hào)的變化能得到正確解讀,避免非特異性改變。合適的對照包括:

1.作為解偶聯(lián)劑的FCCPCCCPvalinomycin,誘導(dǎo)去極化。2.oligomycin,一種ATP合成酶抑制劑,誘導(dǎo)去極化。3.nigericin,K/H+離子載體,誘導(dǎo)超極化

不同線粒體膜電位染料優(yōu)缺點(diǎn)

DiOC6已廣泛用于流式細(xì)胞術(shù)研究中,但是,DiOC6作為NADH抑制劑的活性,以及對mt的毒性,強(qiáng)烈限制了該探針的使用。

DiOC6相似,羅丹明123Rh123)初用于不少研究,不過Rh123雖然容易進(jìn)入細(xì)胞并迅速達(dá)到平衡,但不能很好地保留在里面。此外,在某些情況下,Rh123與線粒體的結(jié)合可能與線粒體能量狀態(tài)無關(guān),這進(jìn)一步限制了其使用。

四甲基若丹明乙酯(TMRE)和四甲基若丹明甲酯(TMRM)也被廣泛用于流式細(xì)胞術(shù)檢測mtmP,這些染料無毒,染色后不易淬滅,但應(yīng)以相對較低的濃度使用,可以在染色后立即進(jìn)行分析,無需洗滌。這兩種染料激發(fā)光均為488nm,發(fā)射波長574nm發(fā)射。通常,應(yīng)準(zhǔn)備未染色的樣品(也稱為空白樣品),以設(shè)置背景熒光的水平。因此,通過TMRETMRM分析mtmP的變化時(shí),就被定義為給定樣品的MdFI的變化。

碳花青染料,尤其是JC-1被認(rèn)為是檢測mtmP的可靠探針。JC-1具有多色熒光發(fā)射光譜,并允許對mt去極化進(jìn)行比例式半定量評(píng)估。在單體狀態(tài)下,它發(fā)出綠色熒光(529 nm),而在高度依賴于mtmP的聚集狀態(tài)下,它發(fā)出橙紅色熒光(> 590 nm),在化合物誘導(dǎo)mtmP崩潰時(shí),JC-1也會(huì)成為單體。這意味著,在健康細(xì)胞中,可以出現(xiàn)少量綠色,大多數(shù)為橙紅色熒光,線粒體去極化的細(xì)胞大多僅顯示綠色熒光??紤]到由于mtmP變化引起的熒光變化,顯示結(jié)果的j方法是指示mtmP高或低的細(xì)胞百分比,而不是綠色和橙紅色熒光之間的比率。

1993年以來,據(jù)報(bào)道,JC-1是幾種細(xì)胞類型和測定條件的可靠膜電位指示劑,并且其與其他熒光探針的兼容性也已在多色方案中得到了證明。但是,JC-1對過氧化氫敏感、光敏感以及單體與聚集體形式之間的平衡速度較慢,可能會(huì)在一定程度上限制其使用。其它類似于JC-1的還有JC-9JC-10JC-9的單體或聚集體形式在522 nm激發(fā),分別以535635 nm發(fā)射。JC-10490 nm激發(fā),并在520 nm(單體形式)或590 nm(聚集形式)發(fā)射。

線粒體質(zhì)量檢測染料

線粒體質(zhì)量可通過使用能夠結(jié)合特定mt成分的染料進(jìn)行監(jiān)測,而與mt極化狀態(tài)無關(guān)。因此,熒光量與mt含量成正比。Mito IDnonyl acridine orangeNAO)這兩種染料能與mt內(nèi)膜的cardiolipin結(jié)合,而MitoTracker染料與mt蛋白中存在的半胱氨酸殘基的巰基反應(yīng)。其中一些染料,包括MitoTracker deep red 633,也與mt蛋白形成共價(jià)鍵,因此在細(xì)胞染色后可以固定。與TMRETMRM類似的是,對于MitoTracker染料,應(yīng)測量MdFI的變化。

線粒體ROS檢測染料

關(guān)于mt ROS,近開發(fā)了兩種熒光探針,分別是MitoSOXmi,以分別標(biāo)記線粒體中的陰離子超氧化物和過氧化氫。

MitoSOX是氫乙啶化合物,可靶向定位到線粒體,依賴mtmP積累到線粒體中,氧化后與線粒體DNA結(jié)合后發(fā)出熒光。與其他探針類似,當(dāng)使用MitoSOXmi時(shí),必須準(zhǔn)備足夠的陽性和陰性對照全面驗(yàn)證生物系統(tǒng)中mt H2O2的存在。Antimycin A或阿霉素是MitoSOX染色的j陽性對照,而外源H2O2則是mi的正確陽性對照。MitoSOX染色的陰性對照是細(xì)胞可滲透的超氧化物歧化酶模擬物或mt解偶聯(lián)劑,具體取決于細(xì)胞類型。對照的其它制備形式也可以用抗氧化劑來處理,例如N-乙酰半胱氨酸或其他能大大減少自由基產(chǎn)生的特異性清除劑。

目前已有不少文獻(xiàn)通過流式細(xì)胞術(shù)對MitoSOXmi進(jìn)行了測試,能選擇性定量角質(zhì)形成細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和幾種癌細(xì)胞系中的mt陰離子超氧化物和mt過氧化氫,也有報(bào)道可能在同一細(xì)胞中同時(shí)使用MitoSOXmi來分析活細(xì)胞中的mt ROS

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