线粒体

HIGH-THROUGHPUT MULTIPARAMETER ANALYSIS OF INDIVIDUAL MITOCHONDRIA

Author: admin     Date: August 25, 2021

线粒体是一种存在于大多数真核细胞中的由两层膜包被的细胞器,它是细胞内进行氧化磷酸化和合成三磷酸腺苷(ATP) 的主要场所,从而为细胞各项生命活动提供所需的能量。线粒体的结构十分微小,且不同线粒体之间存在较大的异质性,直径一般为 0.5~1.0 μm,长度为 1.5~3.0 μm。不同种类细胞中所含线粒体在数目上的差异更为显著,可低至一个或高达数千个,线粒体的数目往往也与细胞的能量需求密切相关。除了为细胞供能外,线粒体还参与诸如细胞分化、细胞信息传递和细胞凋亡等过程,并拥有调控细胞生长和细胞周期的能力。线粒体不仅是细胞生命活动的控制中心,而且在多种诱因引发的细胞凋亡信号转导中起着至关重要的中枢调控作用。

常见的单个线粒体的分析方法主要有两大类,一类是运用显微技术在完整的细胞内探测线粒体,即原位检测技术;另一类需要进行组织破碎,通过梯度离心或者差速离心分离纯化细胞器。原位分析技术的优势在于可以方便直观地检测线粒体的 天然生理环境,完整保存了组织间的物质信息交换。但是在检测过程中,容易受到线粒体周围其他细胞组分的干扰,关注的线粒体的数量有限,无法整体分析细胞内大量线粒体的性状。毛细管电泳(capillary electrophoresis, CE)是一种可以对单个 线粒体进行分析的技术,通过与激光诱导荧光分析技术结合,它在单个线粒体的分析方面得到了广泛的应用。但是,CE 只能根据线粒体在电场中迁移率的不同而将线粒体的单峰分开,因此单次分析的线粒体只能达到 100~200 个,而且 CE 在分析单个线粒体方面还存在一定的误差。膜片钳技术由于信息量大、分辨率高等优点被誉为细胞电生理研究方法的“金标准”,但同时也存在通量低、操纵繁琐和实验要求高等缺点,从而限制了它在细胞水平上对单个线粒体异质性的研究。相比于荧光成像和毛细管电泳等技术而言,流式细胞术是一种高通量的分析方法,通过荧光探针对线粒体进行特异性染色,可以对单个线粒体的多项指标进行快速检测。迄今为止,流式分析仍然在单个线粒体的分析领域占据主导地位。但是由于线粒体散射光较弱,难以与背景信号区分。此外,线粒体内部结构简单,难以标记足够多的荧光探针,使得特异性生化分子的荧光信号较弱而难以准确检测。传统流式细胞仪由于检测灵敏度的限制,在单个线粒体的分析检测方面仍具有一定的局限性。