細胞凋亡是程序性細胞死亡的高度調(diào)控形式,在多細胞生物發(fā)育過程中、整個生命周期以及對細胞應(yīng)激作出反應(yīng)時均可發(fā)生細胞凋亡。核固縮、細胞皺縮、質(zhì)膜出泡和 DNA 斷裂是細胞凋亡的典型特征。
Caspases 蛋白水解酶家族充當著細胞凋亡的中心調(diào)節(jié)因子,而其活性又由多種其他促凋亡和抗凋亡蛋白所平衡。細胞凋亡的失調(diào)發(fā)生在多種疾病(包括自身免疫性疾病、神經(jīng)退行性疾病和癌癥)中,并且是這些疾病的病理機制之一。因此,了解這些疾病的細胞凋亡過程有利于疾病治療的研究進展。
盡管目前有好幾種檢測細胞凋亡的方法,但要根據(jù)您的實驗?zāi)P瓦x擇合適的檢測方法。例如:
對細胞懸浮液進行 Annexin V 染色后,通過流式細胞儀可以有效地識別細胞凋亡早期脂質(zhì)雙層的變化。但是,這種檢測不太適合完整的組織標本,否則結(jié)果難以量化和解釋。
相反,其他細胞凋亡標記,如 Cleaved Caspase-3 和核酶多聚二磷酸腺苷核糖 (ADP-ribose) 聚合酶 (PARP),更適合用傳統(tǒng)的免疫組織化學(xué)方法在組織切片中檢測。
一般而言,細胞凋亡檢測旨在檢測多個細胞生物過程,這些生物過程提示凋亡信號通路的激活。除上述兩種標記方法外,細胞凋亡檢測還包括:
使用 DNA 染料染色(例如 DAPI 和 Hoeschst 33342)來觀察染色質(zhì)凝聚。
使用末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo) dUTP 缺口末端標記法 (TUNEL) 檢測以及其他亞細胞定位標記(包括 細胞色素 C 從線粒體到細胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位)確定 DNA 鏈斷裂和碎片裂解。
此外,線粒體膜電位本身是細胞健康狀態(tài)的關(guān)鍵指標,其損耗與非活性、功能失調(diào)的線粒體,因此,它是細胞凋亡的早期指標,可以在與細胞可滲透陽離子染料 TMRE(四甲基羅丹明乙酯)孵育后進行檢測。TMRE 通常在健康完整線粒體中累積,因此,當線粒體膜電位被破壞時,熒光強度降低。
由于細胞凋亡通常是一個短暫的過程,因此有必要使用多種方法來確定其發(fā)生。同樣地,使用多個標記檢測可以深入了解您的模型系統(tǒng)中細胞凋亡的動力學(xué),并將它與其他細胞死亡形式(如壞死)區(qū)分開。
另外,細胞死亡與促存活信號級聯(lián)反應(yīng)之間的平衡是大多數(shù)細胞凋亡檢測方法的重點。對細胞存活的級聯(lián)信號進行研究,可以進一步深入了解您的實驗?zāi)P拖录毎劳龅臋C制。例如:
生長因子和細胞因子通過 PI3K/Akt 途徑誘導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)會導(dǎo)致促凋亡的 Bcl-2 家族成員 Bad、Bax、caspase-9、GSK-3 和 FoxO1 的磷酸化和抑制,以及抗細胞凋亡蛋白如 Bcl-2 的上調(diào)。