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检测细胞凋亡的方法有那哪些? —技术汇总

2021-12-02 13:26:13

来源/作者:普拉特泽-生物医学整体课题外包平台

细胞死亡根据其起源、性质及生物学意义区分为凋亡、坏死两种类型。

细胞凋亡普遍存在于生命界,它是细胞在一定生理条件下一系列顺序发生事件的组合,是细胞遵循一定规律自己结束生命的自主控制过程,具有可鉴别的形态学和生物化学特征。

细胞坏死是细胞处于剧烈损伤条件下发生的细胞死亡。

温和损伤刺激及抗肿瘤药物等因素在诱导细胞凋亡的同时,也可产生细胞坏死,这取决于损伤的剧烈程度和细胞本身对刺激的敏感程度。


细胞凋亡方法汇总检测

1. Hoechst33342和碘化丙啶(propidium iodide,PI)荧光探针双标记法

作用原理:当细胞坏死时,质膜不完整,PI就进入细胞内部,它可嵌入到DNA或RNA中,使坏死细胞着色(红色),凋亡细胞和活细胞不着色。Hoechst33342是一种亲脂性活性荧光染料且毒性较弱的双苯并咪唑衍生物,可跨膜进入活细胞与DNA特异结合(主要结合于A-T)碱基区),显示活细胞(蓝色)。凡是看到有凋亡小体的细胞都是凋亡细胞。

因此,用Hoechst33342和碘化丙啶(propidium iodide,PI)对细胞进行双重染色,可以区别凋亡、坏死及正常细胞。

实验结果显示如下:

2. Annexin V/PI双染色法

作用原理:磷脂酰丝氨酸(Phosphatidylserine, PS)正常位于细胞膜的内侧,但在细胞凋亡的早期,PS可从细胞膜的内侧翻转到细胞膜的表面,暴露在细胞外环境中(下图)。

Annexin-V是一种分子量为35~36 KD的Ca2+依赖性磷脂结合蛋白,能与PS高亲和力特异性结合。将Annexin-V进行荧光素(FITC、PE)或biotin标记,以标记了的Annexin-V作为荧光探针标记,利用流式细胞仪或荧光显微镜可检测细胞凋亡的发生(绿色)

碘化丙啶(propidine iodide, PI)是一种核酸染料,它不能透过完整的细胞膜,但在凋亡中晚期的细胞和死细胞,PI能够透过细胞膜而使细胞核红染(红色)。因此将Annexin-V与PI匹配使用,就可以将凋亡早晚期的细胞以及死细胞区分开来。

实验结果显示如下:

荧光显微镜检测(Annexin-V绿色、红色PI)

流式细胞仪检测

3. TUNEL法

作用原理:脱氧核糖核苷酸衍生物地高辛[(digoxigenin)-11-dUTP]在TdT酶的作用下,可以掺入到凋亡细胞双链或单链DNA的3-OH末端,与dATP形成异多聚体,并可与连接了报告酶(过氧化物酶或碱性磷酸酶)的抗地高辛抗体结合。在适合底物存在下,过氧化物酶可产生很强的颜色反应,特异准确的定位出正在凋亡的细胞,因而可在普通光学显微镜下进行观察。

实验结果显示如下:

4. Caspase-3活性检测法

作用原理:Caspase家族在介导细胞凋亡的过程中起着非常重要的作用,其中caspase-3为关键的执行分子,它在凋亡信号传导的许多途径中发挥功能。Caspase-3正常以酶原(32KD)的形式存在于胞浆中,在凋亡的早期阶段,它被激活,活化的Caspase-3由两个大亚基(17KD)和两个小亚基(12KD)组成,裂解相应的胞浆胞核底物,最终导致细胞凋亡。但在细胞凋亡的晚期和死亡细胞,caspase-3的活性明显下降。

Western blot 法分析Procaspase-3的活化,以及活化的Caspase-3及对底物多聚(ADP-核糖)聚合酶[poly(ADP-ribose)polymerase,PARP]等的裂解。

流式细胞术分析收获细胞正常或凋亡细胞→PBS洗涤→加Ac-DEVD-AMC→37°C反应1 h→UV流式细胞计分析caspase-3阳性细胞数和平均荧光强度。

实验结果显示如下:

Western blot 法

流式检测法


5. 形态学检测法

根据凋亡细胞固有的形态特征,使用透射电镜检测凋亡细胞形态变化。

凋亡细胞体积变小,细胞质浓缩。凋亡Ⅰ期(pro-apoptosis nuclei)的细胞核内染色质高度盘绕,出现许多称为气穴现象(cavitations)的空泡结构(图2);Ⅱa期细胞核的染色质高度凝聚、边缘化;细胞凋亡的晚期,细胞核裂解为碎块,产生凋亡小体。

实验结果显示如下:

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