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简述细胞检测:细胞周期,增殖和死亡

一、细胞周期和增殖
细胞周期是真核细胞复制和分裂的过程。细胞周期由两个特定、独特的阶段组成:(1)间期: 由G1期(Gap 1),S期(合成),和G2期(Gap 2)组成;(2)有丝分裂期:M期(有丝分裂)。在间期,细胞生长(G1 期),累积复制必需的的能量,复制细胞DNA(S 期),并准备分裂(G2 期). 在这时间点上,细胞进入M期,其被分成两个严格调控的阶段:有丝分裂和胞质分裂。在有丝分裂,亲本细胞的染色体被分到两个姐妹细胞。在胞质分裂,细胞质分裂发生,导致两个特异子细胞的形成。细胞周期的每个阶段都是被严格调控的,检查点的存在是为了检测潜在的DNA损伤,并允许在细胞分裂前修复。如果损伤不能修复,细胞则会凋亡。细胞也能可逆地停止分裂并暂时进入静止或衰老状态—G0期。第一检查点是在G1期的末端,决定细胞是进入S期并分裂,还是延迟分裂,还是进入G0期。第二检查点在G2期的末端,如果细胞具备所有必需原件,则触发有丝分裂。
细胞周期示意图
1.细胞增殖和活力的复杂性
目前,有许多方法和试剂盒用于测量细胞增殖,线粒体功能的许多方面,也可以剪接地测量细胞活力。然而,实验的过度分析,信息的不正确解读,这些在已发表文献越来越频繁出现。在细胞增殖实验中,输出应该给你一个直接和准确的测量值,即细胞群体中积极分裂的细胞数,无论是培养中的细胞还是组织。与此相反,细胞活力测定实验是设计来指示细胞群体中“健康”细胞的数量,通常使用新陈代谢活跃细胞的特殊指示剂,经常与线粒体功能有关。与增殖实验不同,使用的测量值不会区分静止/衰老与积极分裂的细胞。
2.增殖实验注意事项
直接或间接地测量DNA合成的实验,本质上是细胞周期的敏感阶段。根据实验结果,有可能需要同步化细胞,无论是通过血清剥夺使其积累在G1期(这也影响细胞活力)还是化学抑制DNA合成阻断在S期,都需要胸腺嘧啶,阿糖胞苷胞嘧啶,羟基脲或氨基蝶呤
二、细胞凋亡
因为细胞凋亡是程序性细胞死亡途径,它是由许多有序,连续的步骤严格调控。例如,起始子caspase-8或-9的激活需要先激活效应子caspases-3 和 -7,这过程先于DNA断裂。这意味着你实验中的时间是至关重要的,并且通常需要许多时间点的测试,以有意义的方式观测合适的改变。总体而言,下文讨论的凋亡性细胞死亡的许多方面都可以评估。
细胞的物理变化
凋亡的特征在于一些特定的细胞变化,包括细胞核和细胞质浓缩和碎裂,质膜泡和形成凋亡小体。虽然不能准确量化的,这些变化可以通过光学显微镜在基础水平下显微可视,并可用电子显微镜或时间推移显微镜在一个更基础的水平下可视。
1.细胞死亡机制
程序性细胞死亡在生物细胞和系统的维护中具有重要作用。虽然以下介绍的概述简略且简化,但是有几篇优秀的综述详细阐述了这些通路和通路的复杂性. 程序性细胞死亡的“经典”方式,细胞凋亡,其特征是通过激活抑制子和效应物caspases,形成细胞皱缩,染色质压缩,膜出泡,线粒体完整性丧失和DNA片段化。它是一个严格调控和控制的主动过程,最终导致细胞分解,同时避免炎症反应。一旦分解,细胞碎片(凋亡小体)被运送到吞噬体。凋亡可以分成外源性(细胞表面受体的活化,例如肿瘤坏死因子α,其导致caspase -8的活化) 和内源性,这可以通过caspase-9的激活来区分。细胞凋亡的许多方面在线粒体中被几个家庭蛋白调节,包括SMACs(小线粒体来源的caspases的激活子),IAPs(凋亡蛋白抑制物),以及Bcl-2家族,以及膜的极性和完整性。
坏死是与急性细胞应激相关的细胞死亡的一种方式,可以由毒素,感染或损伤引起。不像细胞凋亡,该过程是不可逆的,并且对细胞和机体总是有害的。细胞坏死期间,细胞表面受体的激活导致细胞质膜完整性丧失,凋亡蛋白不受控制地释放到细胞。这导致炎症反应广泛激活,阻止吞噬体去除死细胞,并导致坏死组织堆积。然而,细胞凋亡和坏死的成因和影响的区别是复杂的,有报道表明病原体导致的细胞死亡(称作坏死)。
除了坏死和凋亡,程序性细胞死亡还有其他更特异的方式。失巢凋亡(Anoikis)是程序性细胞死亡的一种方式,其与细胞外基质的细胞分离有关。细胞焦亡(Pyroptosis)是一种促炎方式的细胞死亡,其与微生物感染有关,而且是唯一与caspase-1激活有关的细胞死亡方式。
2.测定细胞凋亡和其他形式的细胞死亡
评估细胞死亡已成为生物研究必不可少的一个组成部分,新技术以很快的速度在更新。虽然判断细胞死亡经典形式是细胞凋亡,也有额外的细胞死亡途径需要考虑,包括坏死,失巢凋亡和细胞焦亡。因此,你试图回答的以下问题,疾病,组织,细胞系或细胞死亡的诱因,都是最终实验设计的重要组成部分。然而,在即将死亡细胞中发生的过程是极其复杂的,涉及死亡途径交叉,所以区分不同途径经常不是直接的。
Caspase结构

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