探索细胞结构--标记各类细胞器

常见细胞器标记染料汇总，包括：细胞骨架、线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体/过氧化物酶体/内含体/膜转运、细胞核/核仁、质膜/脂类、凝集素等。
一、细胞骨架
细胞骨架是细胞结构的基本组分，也是最容易标记荧光试剂的结构 之一。细胞骨架除了具有细胞支架的作用外，还参与了细胞器转 运、细胞分裂、细胞运动和信号传导等活动，在细胞健康和疾病过 程中发挥了非常关键的作用。细胞骨架研究中常用的工具包括可与 细胞骨架亚类反应的各种染料结合物和荧光蛋白。 Molecular Probes提供单体肌动蛋白(G-actin)、丝状肌动蛋白 (F-actin)、踝蛋白(Talin)、微管蛋白(Tubulin)及其他细胞骨架蛋白的标 记试剂和抗体。
二、线粒体
线粒体存在于真核细胞内，占细胞总体积的10%，是一种多形性细 胞器，其结构因细胞类型、细胞周期阶段和细胞内的代谢状态不同 而异，线粒体的主要功能是通过氧化磷酸化和脂质氧化生成能量。 Molecular Probes提供专门的线粒体染料和探针，可用于活细胞或固 定细胞中线粒体结构的标记，也可用于线粒体功能及其对细胞代谢 和健康的影响研究。 图1. 成纤维细胞多色荧光分析。蓝色荧光的 Alexa Fluor 350 phalloidin染色细胞骨架蛋白 Actin，线粒体经小鼠抗ATP Synthase Subunit IF1抗体和绿色荧光Alexa Fluor 500 Goat anti– mouse IgG染色，细胞核由TO-PRO-3染料染 色。 图 2 . 牛 肺 动 脉 内 皮 细 胞 ( B PA E C ) 染 色 dihydroethidium和MitoTracker Green FM 的活细胞成像图。BPAEC经细胞通透的淡蓝色 荧光的dihydroethidium、绿色荧光线粒体染料 MitoTracker Green FM染色，氧化后红色荧光的 ethidium积累在细胞核中。
三、溶酶体
溶酶体为单层膜包被的囊泡结构，内含多种消化酶，功能是分解废 物及细胞碎片。溶酶体与隔离膜融合形成自噬性溶酶体是自噬通路 的倒数第二步。溶酶体膜标记物可在自噬溶酶体内容物降解之前用 于追踪溶酶体与自噬体的融合，Molecular Probes提供的细胞通透性 LysoTracker染料则靶向酸性细胞器，只需纳摩尔级浓度即可完成溶 酶体的细胞器检测，成为最有效的溶酶体追踪工具。 图3. LysoTracker Deep Red标记HeLa细胞。先 用CellLight Peroxisome-RFP (红色)和 CellLight Early Endosome-GFP (绿色)标记，然后加入 50nM LysoTracker Deep Red (蓝色)和 Hoechst 33342 (紫红色)染料，显微镜下成像。 4
七、高尔基体
高尔基体是负责大分子(包括蛋白质、脂质和碳水化合物)加工的细胞 器，这些大分子随后被分泌到细胞外或送到细胞内供其他细胞器使 用。许多可对高尔基复合体进行选择性染色的细胞透过性探针可用 于脂质代谢和转运研究，亦可用于检测脂质的合成速度。抗体和凝 集素均可用于靶向固定细胞中的高尔基复合体，荧光蛋白适用于活 细胞追踪。Molecular Probes提供三种不同的技术用于活细胞或固定 细胞中的高尔基复合体成像。 图7. CellLight高尔基体试剂活细胞成像。 Gibco人动脉平滑肌细胞(HASMC)孵育CellLight Golgi-GFP试剂(货号：C10592), CellLight Mitochondria-RFP试剂(货号：C10601)和 Hoechst 33342 (货号：H21492)，然后显微镜 活细胞成像拍摄。
四、过氧化物酶体
过氧化物酶体为单层膜包被的囊状结构，存在于大多数真核细胞 内，其主要功能是催化脂肪酸的氧化，继而催化H2O2-脂肪酸降 解的副产物-分解，它们是维持哺乳动物脑部和肺部正常功能的关 键，且参与了能量代谢，主要负责去除细胞中有害的过氧化物，且 在脂肪酸代谢过程中发挥了重要的作用。 Molecular Probes可提供采用靶向细胞器的荧光融合蛋白检测活细胞 中的过氧化物酶体，采用过氧化物酶体膜蛋白抗体检测固定细胞中 的过氧化物酶体。
五、内含(涵)体
内含体(Endosome)是细胞内的一个泡状细胞器，它的释放与细胞的 内吞作用(endocytosis)、细胞吞噬等紧密相关。通常可以通过追踪 颗粒或蛋白质结合物被细胞吞噬后的酸化作用，监测各种细胞摄取 和内化过程，颗粒和蛋白质内化形成囊泡，其相对于细胞外环境更 偏酸性。可采用pH敏感的荧光探针监测细胞通路的各个阶段，并追 踪从初级内体(pH 6.3)到溶酶体(pH 4.7)或再循环内体的过程。 Molecular Probes可提供多种pH敏感的探针，包括pHrodo染料，其 在中性pH下几乎无荧光，因此无需冲洗。 图4. 过氧化物酶体标记试剂盒标记细胞。过 氧化酶体由SelectFX Alexa Fluor 488标记试 剂盒标记(货号：S34201，绿色)，线粒体由 MitoTracker Red CMXRos (货号：M7512，红 色)标记，核仁由DAPI (货号：D1306, D3571, D21490，蓝色)复染。 图5. 吞噬作用。吞噬细胞由pHrodo Red E. coli BioParticles标记物(货号P35361)和NucBlue Live Cell Stain (货号：R37605)标记。 六、内质网
在所有真核细胞中，组成内质网(ER)的折叠膜网络占动物细胞总膜 面积的一半以上。ER中交织分布的微管和扁平囊分为两类：附着 核糖体的膜(粗糙型ER)或未附着核糖体的膜(光滑型ER)。ER在脂质 和蛋白质合成、蛋白质分子伴侣和折叠以及钙平衡中发挥了关键作 用。Molecular Probes提供三种不同的技术用于活细胞或固定细胞中 的ER成像。 图6. 人U2OS活细胞成像图。胞膜经CellMask Deep Red plasma membrane stain染色，内质 网经ER-Tracker Green dye (货号：E34251)染 色，线粒体经MitoTracker Red CMXRos染色， 核酸经NucBlue Live Cell Stain染色。标记细胞 经活细胞成像溶液(A14291DJ)重悬后进行激光 共聚焦观察。
5 八、细胞核/核仁
细胞核是由核膜、核仁和核纤层组成的膜包裹的细胞器，是基因表 达的位点，也是整个细胞的控制中心，在细胞的代谢、生长、分化 中起着重要作用，是遗传物质的主要存在部位。核仁是真核细胞间 期核中最明显的结构，位于细胞核中，由rRNA、rDNA和核糖核蛋 白等组分构成。通过核蛋白染色或直接对核酸进行染色可以选择性 地观察细胞核结构，Molecular Probes提供的细胞通透性的核酸染 料可以对活细胞或组织进行直接染色，从而标记细胞在组织中的分 布，并追踪细胞从有丝分裂到凋亡整个过程中细胞核的变化。 图8. 使用NucBlue Live ReadyProbes Reagent (货号：R37605)对Hela细胞进行染 色，蓝色部分为细胞核。 图9 . 甲醛固定的M R C - 5细胞染色SYT O RNASelect green-fluorescent cell stain的 荧光成像图。MRC-5细胞经SYTO RNASelect green-fluorescent cell stain (货号：S32703)染 色。细胞核经DAPI染色。深色的染色区域为核 仁。
九、细胞质/质膜 细胞质由细胞质基质、内膜系统、细胞骨架和包涵物组成，在生活 状态下为透明的胶状物，是生命活动的主要场所。 质膜将细胞内部和细胞外环境分隔开来。其主要成分是蛋白质和脂 质，它是信号传导通路及离子平衡的关键。它是便捷的细胞轮廓标 记物，因此，许多质膜探针已在HCS分析中用于自动分割。亲脂性 染料一般可用作质膜染料；但它们会迅速内化，因此用于成像的时 间极短。尽管不同细胞类型之间的质膜染色存在差异，但荧光标记 的凝集素(如小麦胚芽凝集素)仍被广泛使用