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細(xì)胞器標(biāo)志物,你知道多少?

日期:2019-09-04 14:30:23

細(xì)胞器(organelle)是細(xì)胞內(nèi)具有特定形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的微器官,也稱為擬器官或亞結(jié)構(gòu),一般存在于真核細(xì)胞和原核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中。在真核細(xì)胞中,細(xì)胞器通常由磷脂雙層分開包裹。類似于身體的器官,細(xì)胞器是專門執(zhí)行正常細(xì)胞操作的功能單位,其功能比較廣泛,包括從為細(xì)胞產(chǎn)能到控制細(xì)胞生長和繁殖的各個方面。

細(xì)胞器一般認(rèn)為是散布在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)具有一定形態(tài)和功能的微結(jié)構(gòu)或微器官,主要包括:線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、中心體、葉綠體,高爾基體、核糖體等。它們組成了細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu),使細(xì)胞能正常的工作,運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1所示為動物細(xì)胞中的幾種典型細(xì)胞器。在本文中,我們整理歸納了這些細(xì)胞器的功能和標(biāo)志物。這里只是展示了部分細(xì)胞器,除此之外,細(xì)胞器還包括自噬體、染色質(zhì)、纖毛、外泌體和黑素體。

核仁 細(xì)胞核 核糖體 運(yùn)輸小泡 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 高爾基體 細(xì)胞骨架 滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 線粒體 液泡 細(xì)胞質(zhì) 溶酶體 中心體 細(xì)胞膜

Fig. 1. Components of a typical animal cell

 

1. 核仁

核仁是細(xì)胞核中的一個小體,動植物細(xì)胞都含有核仁。它是細(xì)胞核內(nèi)的生產(chǎn)核糖體前體的機(jī)器,含有蛋白質(zhì)和RNA,所有真核生物核糖體RNA(rRNA)的轉(zhuǎn)錄都是在核仁中完成的,其過程是由rDNA轉(zhuǎn)錄成rRNA,rRNA再與來自細(xì)胞質(zhì)的蛋白質(zhì)結(jié)合,進(jìn)而加工、改造成核糖體的前體,然后輸出到細(xì)胞質(zhì)。

核仁主要由三個組分組成,分別是致密纖維組分(DFC),纖維中心(FC)和顆粒組分(GC)[1]。DFC是由致密的纖維構(gòu)成,是核仁中電子密度最高的部分,是新合成的rRNA及其結(jié)合蛋白存在的場所,rRNA.剪切和加工場所;FC是被DFC包圍的一個或幾個低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)區(qū)域,主要成分為rDNA,可看成rRNA.基因儲存的場所;GC是由核糖核蛋白顆粒構(gòu)成,是正在加工成熟的核糖體亞單位的前體顆粒,容易被蛋白酶和RNase(核糖核酸酶)[2]

核仁的形狀、大小、數(shù)量會因生物種類、細(xì)胞類型和生理狀態(tài)而異,但其功能卻是相同的,主要是進(jìn)行核糖體與RNA(rRNA)的合成。核仁還可以作為細(xì)胞核中細(xì)胞器的懸浮介質(zhì)。此外,作為DNA的染色體的主要來源之一,核仁在維持細(xì)胞核的形態(tài)中也發(fā)揮著重要作用。除了這些功能,核仁還包括離子和重要物質(zhì)的運(yùn)輸。這里,我們整理了核仁的常見標(biāo)志物,如表一所示:

Table 1. The markers of nucleolus

細(xì)胞器 蛋白名稱 基因名 Uniprot ID
nucleolus DNA-directed RNA polymerase I subunit RPA34 CD3EAP O15446
nucleolus Eukaryotic translation initiation factor 6 EIF6 P56537
nucleolus rRNA 2-O-methyltransferase fibrillarin FBL P22087
nucleolus Probable 28S rRNA (cytosine(4447)-C(5))-methyltransferase NOP2 P46087
 

2. 細(xì)胞核

The Structure of Nucleu

Fig.2. The Structure of Nucleus

細(xì)胞核(nucleus)的主要構(gòu)造為核膜,是一種將細(xì)胞核完全包覆的雙層膜,可使膜內(nèi)物質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)、以及具有細(xì)胞骨架功能的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)核纖層分隔開來。這種膜結(jié)構(gòu)與細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是連續(xù)的,稱為核膜。核膜上有允許小分子與離子進(jìn)入的孔(因?yàn)槎鄶?shù)分子無法直接穿透核膜),而如蛋白質(zhì)般較大的分子,則需要載體蛋白的幫助才能通過。核運(yùn)輸是細(xì)胞中最重要的功能;基因表現(xiàn)與染色體的保存,都依賴于核孔上所進(jìn)行的輸送作用

哺乳動物細(xì)胞中細(xì)胞核的平均直徑約為6μm,約占細(xì)胞總體積的10%。細(xì)胞核中的粘性液體被稱為核質(zhì),組成與細(xì)胞核外發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞質(zhì)類似。細(xì)胞核的干重組成成分分別為:DNA 9%,RNA 1%,組蛋白11%,殘留蛋白14%,酸性蛋白65%[4]。在某些類型的白細(xì)胞中,特別是大多數(shù)粒細(xì)胞,細(xì)胞核是葉狀的,并且可以以雙葉,三葉或多葉細(xì)胞器的形式存在。

細(xì)胞核作為一個遺傳轉(zhuǎn)錄位點(diǎn),與細(xì)胞質(zhì)中翻譯位置是分開的,是真核細(xì)胞內(nèi)最大、最重要的細(xì)胞結(jié)構(gòu),是細(xì)胞遺傳與代謝的調(diào)控中心,是真核細(xì)胞區(qū)別于原核細(xì)胞最顯著的標(biāo)志之一[3],最主要功能是在細(xì)胞周期中控制基因表達(dá)并介導(dǎo)DNA的復(fù)制。表二中是細(xì)胞核結(jié)構(gòu)的主要標(biāo)志物:

Table 2. The Markers of Nucleus

細(xì)胞器 蛋白名稱 基因名 Uniprot ID
Nucleus Anillin ANLN Q9NQW6
nucleolus Set1/Ash2 histone methyltransferase complex subunit ASH2 ASH2L Q9UBL3
nucleolus Emerin EMD P50402
nucleolus RNA-binding protein FUS FUS P35637
nucleolus G-protein coupled estrogen receptor 1 GPER1 Q99527
nucleolus Histone H1.0 H1F0 P07305
nucleolus Histone H2A.Z H2AFZ P0C0S5
nucleolus NF-kappa-B essential modulator IKBKG Q9Y6K9
nucleolus Transcription factor AP-1 JUN P05412
nucleolus Lysine-specific histone demethylase 1A KDM1A O60341
nucleolus Nucleolin NCL P19338
nucleolus MKI67 FHA domain-interacting nucleolar phosphoprotein NIFK Q9BYG3
nucleolus Nucleophosmin NPM1 P06748
nucleolus Nuclear pore glycoprotein p62 NUP62 P37198
nucleolus Poly [ADP-ribose] polymerase 1 PARP1 P09874
nucleolus Histone-lysine N-methyltransferase SETDB1 SETDB1 Q15047
nucleolus SUN domain-containing protein 2 SUN2 Q9UH99
nucleolus Torsin-1A-interacting protein 1 TOR1AIP1 Q5JTV8
 

3. 核糖體

核糖體(Ribosome),廣泛分布于細(xì)胞質(zhì)中,除哺乳動物成熟的紅細(xì)胞,植物篩管細(xì)胞外,細(xì)胞中都有核糖體存在。一般而言,原核細(xì)胞只有一種核糖體,而真核細(xì)胞具有兩種核糖體(其中線粒體中的核糖體與細(xì)胞質(zhì)核糖體不相同)。需要指出的是,因?yàn)楹颂求w的結(jié)構(gòu)和其他細(xì)胞器有顯著差異,如沒有膜包被、由兩個亞基組成、因?yàn)楣δ苄枰梢愿街羶?nèi)質(zhì)網(wǎng)或游離于細(xì)胞質(zhì),核糖體有時不被認(rèn)為是一類細(xì)胞器,而是細(xì)胞內(nèi)大分子。原核生物和真核生物中組成核糖體的亞基不一樣,如表三所示:

Table 3. Compared the ribosome components of eukaryote with prokaryote

  Ribosome Subunit rRNAs r-proteins
eukaryote 80S 60S 28S (4718 nt) 49
5.8S (160 nt)
5S (120 nt)
40S 18S (1874 nt) 33
prokaryote 70S 50S 23S (2904 nt) 31
5S (120 nt)
30S 16S (1542 nt) 21

核糖體在細(xì)胞中負(fù)責(zé)完成“中心法則”里由RNA到蛋白質(zhì)這一過程,也就是常說的“翻譯”。在進(jìn)行翻譯前,核糖體小亞基會先與從細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄得到的mRNA結(jié)合,再結(jié)合核糖體大亞基構(gòu)成完整的核糖體之后,便可以利用細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的tRNA運(yùn)送的氨基酸分子合成多肽。當(dāng)核糖體完成對一條mRNA單鏈的翻譯后,大小亞基會再次分離。常見的核糖體標(biāo)志物如下:

Table 4. Markers of ribosome

Organelle Protein Name Gene Name Uniprot ID
Ribosome 60S ribosomal protein L10 RPL10 P27635
Ribosome 60S ribosomal protein L11 RPL11 P62913
Ribosome 60S ribosomal protein L18a RPL18A Q02543
Ribosome 60S ribosomal protein L23 RPL23 P62829
Ribosome 60S ribosomal protein L26 RPL26 P61254
Ribosome 60S ribosomal protein L4 RPL4 P36578
Ribosome 60S ribosomal protein L7a RPL7A P62424
Ribosome 40S ribosomal protein S2 RPS2 P15880
Ribosome 40S ribosomal protein S3 RPS3 P23396
Ribosome 40S ribosomal protein S5 RPS5 P46782
Ribosome 40S ribosomal protein S6 RPS6 P62753
 

4. 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)的一個精細(xì)的膜系統(tǒng)。是交織分布于細(xì)胞質(zhì)中的連續(xù)膜結(jié)構(gòu),并與核膜的外膜相連。兩膜間是扁平的腔、囊或池。除紅細(xì)胞和精子細(xì)胞之外,所有的細(xì)胞都含有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。依據(jù)不同的功能,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有兩種類型,一類是在膜的外側(cè)附有許多小顆粒(核糖體),這種附有顆粒的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)叫粗糙型內(nèi)質(zhì)網(wǎng);另一類在膜的外側(cè)不附有顆粒,表面光滑,稱光滑型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。

粗糙型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能是合成蛋白質(zhì) 大分子,并把它從細(xì)胞輸送出去或在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到其他部位。凡蛋白質(zhì)合成旺盛的細(xì)胞,粗糙型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)便發(fā)達(dá)。在神經(jīng)細(xì)胞中,粗糙型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的發(fā)達(dá)與記憶有關(guān)。光滑型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能與糖類和脂類的合成、解毒和同化作用有關(guān),并且還具有運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)的功能。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的標(biāo)志物包括BCAP31、CALR、CANX、CYP2E1等等。

Table 5. Markers of Endoplasmic Reticulum

Organelle Protein Name Gene Name Uniprot ID
Endoplasmic Reticulum B-cell receptor-associated protein 31 BCAP31 P51572
Endoplasmic Reticulum Calreticulin CALR P27797
Endoplasmic Reticulum Calnexin CANX P27824
Endoplasmic Reticulum Cytochrome P450 2E1 CYP2E1 P05181
Endoplasmic Reticulum Heme oxygenase 1 HMOX1 P09601
Endoplasmic Reticulum Heme oxygenase 2 HMOX2 P30519
Endoplasmic Reticulum Endoplasmin HSP90B1 P14625
Endoplasmic Reticulum Endoplasmic reticulum chaperone BiP HSPA5 P11021
Endoplasmic Reticulum Protein disulfide-isomerase P4HB P07237
Endoplasmic Reticulum Protein disulfide-isomerase A3 PDIA3 P30101
Endoplasmic Reticulum Protein disulfide-isomerase A4 PDIA4 P13667
Endoplasmic Reticulum Antigen peptide transporter 1 TAP1 Q03518
Endoplasmic Reticulum Tapasin TAPBP O15533
Endoplasmic Reticulum UDP-glucose:glycoprotein glucosyltransferase 1 UGGT1 Q9NYU2
Endoplasmic Reticulum UDP-glucose:glycoprotein glucosyltransferase 2 UGGT2 Q9NYU1
 

5. 高爾基體

高爾基體(Golgi apparatus),又稱高爾基復(fù)合體,是由單位膜構(gòu)成的扁平囊疊加在一起所組成。扁平囊為圓形,邊緣膨大且具穿孔。一個細(xì)胞內(nèi)的全部高爾基體,總稱為高爾基器,是真核細(xì)胞中內(nèi)膜系統(tǒng)的組成之一。一個高爾基體通常具5—8個囊,囊內(nèi)有液狀內(nèi)含物,是由意大利細(xì)胞學(xué)家卡米洛高爾基于1898年首次用硝酸銀染色的方法在神經(jīng)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的。通常包含扁平膜囊(saccules)、大囊泡(vacuoles)、小囊泡(vesicles)三個基本成分。

高爾基體的主要功能將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白質(zhì)進(jìn)行加工、分揀、與運(yùn)輸,然后分門別類地送到細(xì)胞特定的部位或分泌到細(xì)胞外。它是完成細(xì)胞分泌物(如蛋白)最后加工和包裝的場所。從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)送來的小泡與高爾基體膜融合,將內(nèi)含物送入高爾基體腔中,在那里新合成的蛋白質(zhì)肽鏈繼續(xù)完成修飾和包裝。高爾基體還合成一些分泌到胞外的多糖和修飾細(xì)胞膜的材料。通常用于鑒定高爾基體的標(biāo)志物如下:

Table 6. Markers of Golgi Apparatus

Organelle Protein Name Gene Name Uniprot ID
Golgi apparatus Beta-1,4-galactosyltransferase 6 B4GALT6 Q9UBX8
Golgi apparatus BET1 homolog BET1 O15155
Golgi apparatus Receptor-binding cancer antigen expressed on SiSo cells EBAG9 O00559
Golgi apparatus Formimidoyltransferase-cyclodeaminase FTCD O95954
Golgi apparatus Golgin subfamily A member 1 GOLGA1 Q92805
Golgi apparatus Golgin subfamily A member 5 GOLGA5 Q8TBA6
Golgi apparatus Golgi reassembly-stacking protein 2 GORASP2 Q9H8Y8
Golgi apparatus Golgi SNAP receptor complex member 1 GOSR1 O95249
Golgi apparatus Golgi SNAP receptor complex member 2 GOSR2 O14653
Golgi apparatus Alpha-mannosidase 2 MAN2A1 Q16706
Golgi apparatus Lysosomal alpha-mannosidase MAN2B1 P13667
Golgi apparatus Antigen peptide transporter 1 TAP1 O00754
Golgi apparatus Beta-mannosidase MANBA O00462
Golgi apparatus Syntaxin-6 STX6 O43752
Golgi apparatus Trans-Golgi network integral membrane protein 2 TGOLN2 O43493
 

6. 細(xì)胞骨架

細(xì)胞骨架(cytoskeleton)在狹義上是指真核細(xì)胞中的蛋白纖維網(wǎng)架體系,是由微管(microtubule,MT)、微絲 (microfilament,MF)及中間纖維(intermediate filament, IF)組成的體系。它所組成的結(jié)構(gòu)體系稱為“細(xì)胞骨架系統(tǒng)”,與細(xì)胞內(nèi)的遺傳系統(tǒng)和生物膜系統(tǒng)并稱“細(xì)胞內(nèi)的三大系統(tǒng)”。

Table 7. Comparison of Three Types of Cytoskeleton

Cytoskeleton type Diameter (nm) Structure Subunit examples
Microtubules 23 protofilaments, in turn consisting of tubulin subunits in complex with stathmin α- and β-tubulin
Microfilaments 6 double helix actin
Intermediate filaments 10 two anti-parallel helices/dimers, forming tetramers vimentin (mesenchyme)

廣義上的細(xì)胞骨架概念是細(xì)胞核骨架、細(xì)胞質(zhì)骨架、細(xì)胞膜骨架和胞外基質(zhì)所形成的網(wǎng)絡(luò)體系,細(xì)胞器的一種。核骨架、核纖層與中間纖維在結(jié)構(gòu)上相互連接,貫穿于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)的網(wǎng)架體系。

細(xì)胞骨架不僅在維持細(xì)胞形態(tài),承受外力、保持細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性方面起重要作用,而且還參與許多重要的生命活動,如:在細(xì)胞分裂中細(xì)胞骨架牽引染色體分離,在細(xì)胞物質(zhì)運(yùn)輸中,各類小泡和細(xì)胞器可沿著細(xì)胞骨架定向轉(zhuǎn)運(yùn);在肌肉細(xì)胞中,細(xì)胞骨架和它的結(jié)合蛋白組成動力系統(tǒng);在白細(xì)胞(白血球)的遷移、精子的游動、神經(jīng)細(xì)胞 軸突和樹突的伸展等方面都與細(xì)胞骨架有關(guān)。另外,在植物細(xì)胞中細(xì)胞骨架指導(dǎo)細(xì)胞壁的合成。通常用于鑒定細(xì)胞骨架的標(biāo)志物如下:

Table 8. Markers of Cytoskeleton

Organelle Protein Name Gene Name Uniprot ID
cytoskeleton Actin, cytoplasmic 1 ACTB P60709
cytoskeleton Desmin DES P17661
cytoskeleton Keratin, type I cytoskeletal 17 KRT17 Q04695
cytoskeleton Keratin, type I cytoskeletal 20 KRT20 P35900
cytoskeleton Keratin, type II cytoskeletal 7 KRT7 P08729
cytoskeleton Neuroendocrine convertase 1 PCSK1 P29120
cytoskeleton Tubulin alpha-1A chain TUBA1A Q71U36
cytoskeleton Tubulin beta chain TUBB P07437
cytoskeleton Tubulin beta chain VIM P08670
 

7. 線粒體

The structure of mitochondrion

Fig.3. The structure of mitochondrion

線粒體(mitochondrion)是一種存在于大多數(shù)細(xì)胞中的細(xì)胞器,是細(xì)胞中制造能量的結(jié)構(gòu),是細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸的主要場所,被稱為“power house”。它的形狀通常是從圓形到橢圓,直徑在0.5到1.0μm左右,由2層磷脂雙分子層包裹。由于外膜和內(nèi)膜的不同特性,線粒體被分割成五個不同的部分,分別是線粒體外膜、膜間隙(外膜和內(nèi)膜之間)、線粒體內(nèi)膜、嵴( 由內(nèi)膜的內(nèi)陷形成)和基質(zhì)(內(nèi)膜內(nèi))。如圖3所示。

除了溶組織內(nèi)阿米巴、籃氏賈第鞭毛蟲以及幾種微孢子蟲外,大多數(shù)真核細(xì)胞或多或少都擁有線粒體,但它們各自擁有的線粒體在大小、數(shù)量及外觀等方面上都有所不同。

線粒體擁有自身的遺傳物質(zhì)和遺傳體系,但其基因組大小有限,是一種半自主細(xì)胞器。除了為細(xì)胞供能外,線粒體還參與諸如細(xì)胞分化、細(xì)胞信息傳遞和細(xì)胞凋亡等過程,并擁有調(diào)控細(xì)胞生長和細(xì)胞周期的能力。常見的線粒體標(biāo)志物如表9中所示:

Table 9. Markers of Mitochondrion

Organelle Protein Name Gene Name Uniprot ID
Mitochondria Apoptosis-inducing factor 1, mitochondrial AIFM1 O95831
Mitochondria Cytochrome c oxidase subunit 4 isoform 1, mitochondrial COX4I1 P13073
Mitochondria Carbamoyl-phosphate synthase [ammonia], mitochondrial CPS1 P31327
Mitochondria FAST kinase domain-containing protein 2, mitochondrial FASTKD2 Q9NYY8
Mitochondria Hexokinase-1 HK1 P19367
Mitochondria Heat shock 70 kDa protein 1A HSPA1A P0DMV8
Mitochondria 60 kDa heat shock protein, mitochondrial HSPD1 P10809
Mitochondria Mitochondrial dynamics protein MID51 MIEF1 Q9NQG6
Mitochondria Cytochrome c oxidase subunit 1 MT-CO1 P00395
Mitochondria NADH dehydrogenase [ubiquinone] iron-sulfur protein 7, mitochondrial NDUFS7 O75251
Mitochondria Mitochondrial import inner membrane translocase subunit TIM16 PAM16 Q9Y3D7
Mitochondria Prohibitin PHB P35232
Mitochondria Superoxide dismutase [Cu-Zn] SOD1 P00441
Mitochondria Mitochondrial import receptor subunit TOM22 homolog TOMM22 Q9NS69
Mitochondria Elongation factor Tu, mitochondrial TUFM P49411
Mitochondria Mitochondrial brown fat uncoupling protein 1 UCP1 P25874
Mitochondria Mitochondrial uncoupling protein 2 UCP2 P55851
Mitochondria Mitochondrial uncoupling protein 3 UCP3 P55916
Mitochondria Voltage-dependent anion-selective channel protein 1 VDAC1 P21796
 

8. 溶酶體

溶酶體是一種幾乎存在于所有類型的真核細(xì)胞中的亞細(xì)胞器,主要負(fù)責(zé)消化大分子、衰老細(xì)胞器和微生物。1955年由比利時細(xì)胞學(xué)家Christian Rene de Duve在鼠肝細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)。

溶酶體為單層膜包被的囊狀結(jié)構(gòu),大小(在電鏡下顯示多為球形,但存在橄球形)直徑約0.025-0.8μm。溶酶體含有多種水解酶,可分解吞噬的各種大分子,包括核酸、蛋白質(zhì)和多糖。這些酶僅在溶酶體內(nèi)部的酸性環(huán)境下有活性,這種酸依賴性活性可避免細(xì)胞在溶酶體滲漏或破裂的情況下發(fā)生自我降解。除了能夠分解聚合物外,溶酶體還能夠與其他細(xì)胞器融合并消化大型結(jié)構(gòu)或細(xì)胞碎片。它們可以通過與吞噬體融合進(jìn)行自噬和清除受損結(jié)構(gòu)。

在下表10中,我們列舉了溶酶體研究中的幾種標(biāo)記。

Table 10. Markers of Lysosome

Organelle Protein Name Gene Name Uniprot ID
Lysosome Ubiquitin-like protein ATG12 ATG12 O94817
Lysosome Autophagy protein 5 ATG5 Q9H1Y0
Lysosome Beta-galactosidase GLB1 P16278
Lysosome Integral membrane protein GPR137B GPR137B O60478
Lysosome Lysosome-associated membrane glycoprotein 1 LAMP1 P11279
Lysosome Lysosome-associated membrane glycoprotein 2 LAMP2 P13473
Lysosome Microtubule-associated proteins 1A/1B light chain 3A MAP1LC3A Q9H492
Lysosome Rap1 GTPase-activating protein 1 RAP1GAP P47736
 

9. 中心體

中心體是動物細(xì)胞中的一種重要的細(xì)胞器,常位于細(xì)胞核附近的細(xì)胞質(zhì)中,每個中心體主要含有兩個中心粒。在有絲分裂期間,中心體分成兩部分分別遷移到細(xì)胞的兩極,并參與有絲分裂紡錘體的形成和微管的組裝,同時還可以調(diào)節(jié)細(xì)胞周期進(jìn)程。

The structure of Centrosome

Fig.4. The structure of Centrosome

典型的真核細(xì)胞中心體由一對中心粒組成。中心粒周圍為云狀電子致密物,稱為中心粒周圍物質(zhì)(PCM),中心粒周圍物質(zhì)圍繞2個中心粒。中心粒由9組三聯(lián)體微管組成,形成一桶狀結(jié)構(gòu)。中心粒的直徑為0.16~0.23μm,長度變動于0.16~0.56μm之間,成對相互垂直排列[5] [6] [7]。在有絲分裂后的細(xì)胞中,中心體含有一個稱為母中心粒的成熟中心粒和在前一個細(xì)胞周期中組裝的未成熟中心粒,即雌性中心粒,約為母中心粒長度的80%[8]。母體中心粒的特征在于其遠(yuǎn)端有兩組九個附肢[9]。常見的中心體標(biāo)志物總共有11個,如表11所示:

Table 11. The Markers of Centrosome

Organelle Protein Name Gene Name Uniprot ID
Centrosome Centriolar coiled-coil protein of 110 kDa CCP110 O43303
Centrosome Centromere protein J CENPJ Q9HC77
Centrosome Centrosome-associated protein CEP250 CEP250 Q9BV73
Centrosome Centrin 1 CETN1 Q12798
Centrosome Dynein light chain 4, axonemal DNAL4 O96015
Centrosome Ninerin NIN Q8N4C6
Centrosome Ninein-like protein NINL Q9Y2I6
Centrosome NUAK family SNF1-like kinase 2 NUAK2 Q9H093
Centrosome Pericentriolar material 1 protein PCM1 Q15154
Centrosome Pericentrin PCNT O95613
Centrosome Tubulin gamma-1 chain TUBG1 P23258
 

10. 細(xì)胞膜

細(xì)胞膜又稱質(zhì)膜,是由磷脂構(gòu)成的富有彈性的半透性膜,膜厚8-10nm,對于動物細(xì)胞來說,其膜外側(cè)與外界環(huán)境相接觸。根據(jù)膜在體內(nèi)的位置和作用,脂質(zhì)在膜中的占比從20%-80%不等,其他的是蛋白質(zhì)。

細(xì)胞膜的主要功能是細(xì)胞膜是防止細(xì)胞外物質(zhì)自由進(jìn)入細(xì)胞的屏障,它保證了細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定,使各種生化反應(yīng)能夠有序運(yùn)行。但是細(xì)胞必須與周圍環(huán)境發(fā)生信息、物質(zhì)與能量的交換,才能完成特定的生理功能,因此細(xì)胞必須具備一套物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體系,用來獲得所需物質(zhì)和排出代謝廢物。據(jù)估計(jì)細(xì)胞膜上與物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)的蛋白占核基因編碼蛋白的15~30%,細(xì)胞用在物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方面的能量達(dá)細(xì)胞總消耗能量的三分之二。

膜的另一個功能是通過胞吞作用和胞吐作用的平衡來調(diào)節(jié)細(xì)胞生長。在胞吞作用中,含有脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的囊泡與細(xì)胞膜融合,增加細(xì)胞大小作為內(nèi)化物質(zhì)。在胞吐作用中,從細(xì)胞膜中除去含有脂質(zhì)和蛋白質(zhì)脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的囊泡。其常見的標(biāo)志物如表12所示:

Table 12. The Markers of Cell Membrane

Organelle Protein Name Gene Name Uniprot ID
Cell membrane CD27 antigen CD27 P26842
Cell membrane CD40 ligand CD40LG P29965
Cell membrane Cadherin EGF LAG seven-pass G-type receptor 1 CELSR1 Q9NYQ6
Cell membrane Death domain-containing protein CRADD CRADD P78560
Cell membrane Ezrin EZR P15311
Cell membrane FAS-associated death domain protein FADD Q13158
Cell membrane Tumor necrosis factor ligand superfamily member 6 FASLG P48023
Cell membrane Growth factor receptor-bound protein 2 GRB2 P62993
Cell membrane Merlin NF2 P35240
Cell membrane Tumor necrosis factor receptor superfamily member 1A TNFRSF1A P19438
 

11. 染色質(zhì)

染色質(zhì)(chromatin)最早是1879年Flemming提出的用以描述核中染色后強(qiáng)烈著色的物質(zhì)。它是由DNA、組蛋白、非組蛋白和少量RNA組成的復(fù)合物。在真核細(xì)胞分裂過程中,染色質(zhì)會凝聚形成染色體。在這一塊的研究中,我們經(jīng)常會將染色質(zhì)和染色體弄混,它們的組成成分都是DNA和蛋白質(zhì),不過是同一物質(zhì)在細(xì)胞分裂間期和分裂期的不同形態(tài)表現(xiàn)而已。染色質(zhì)出現(xiàn)于間期,呈絲狀。它們在核內(nèi)的螺旋程度不一,螺旋緊密的部分,染色較深,有的螺旋松疏染色較淺,染色質(zhì)在光鏡下呈現(xiàn)顆粒狀,不均勻地分布于細(xì)胞核中。

染色質(zhì)的主要功能是將DNA濃縮成一個緊湊的單元,這個單元體積較小,可以放入細(xì)胞核內(nèi),為很多細(xì)胞過程的發(fā)生提供場所,包括DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、修復(fù)、基因重組和細(xì)胞分裂。常見的染色質(zhì)標(biāo)志物如表13所示:

Table 13. The Markers of Chromatin

Organelle Protein Name Gene Name Uniprot ID
Chromatin Histone H2B type 1-B HIST1H2BB P33778
Chromatin Histone H3.1 HIST1H3A P68431
Chromatin Histone H4 HIST1H4A P62805
Chromatin Histone H2A type 3 HIST3H2A Q7L7L0
Chromatin Telomeric repeat-binding factor 1 TERF1 P54274
Chromatin Telomeric repeat-binding factor 2-interacting protein 1 TERF2IP Q9NYB0

12. 自噬體

自噬體是由從粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的無核糖體附著區(qū)脫落的雙層膜包裹部分胞質(zhì)和細(xì)胞內(nèi)需降解的細(xì)胞器、蛋白質(zhì)等成分組成的細(xì)胞器。自噬體形成后會與溶酶體融合成自噬溶酶體,降解其所包裹的內(nèi)容物,以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞本身的代謝需要和某些細(xì)胞器的更新。自噬體常見的標(biāo)志物有兩個,分別是MAP1LC3BSQSTM1。

13. 纖毛

纖毛是微觀的毛發(fā)狀結(jié)構(gòu),從一些動物細(xì)胞的表面伸出的、能運(yùn)動的突起。典型纖毛的長度為1~10μm,寬度通常小于1μm。它們通常分為兩類:運(yùn)動型和非運(yùn)動型。運(yùn)動型纖毛,存在于呼吸道、中耳等部位。纖毛運(yùn)動通常是多個纖毛一起以揮鞭式的方式運(yùn)動,以此來保持敏感的內(nèi)部通道不受粘液或外來顆粒的影響。唯一一個具有單個移動的纖毛的體細(xì)胞是精子細(xì)胞。

非運(yùn)動纖毛在不同的器官作用也不一樣。有些是充當(dāng)天線接收細(xì)胞的感官信息,處理來自其他細(xì)胞或其周圍液體的信號。例如,當(dāng)尿液流過時,腎臟中的纖毛被迫彎曲,從而向其正在流動的細(xì)胞發(fā)送信號。眼內(nèi)的非運(yùn)動纖毛被收容在視網(wǎng)膜的光感受器中,在分子的傳輸中起關(guān)鍵作用。纖毛的常見標(biāo)志物只有3個,分別是ARL3B、IFT88RAB23。

14. 核內(nèi)體

核內(nèi)體(Endosome),又稱內(nèi)體,指的是一種真核細(xì)胞中通過內(nèi)吞作用形成的膜結(jié)合細(xì)胞器,屬于一種囊泡結(jié)構(gòu)。核內(nèi)體可根據(jù)細(xì)胞內(nèi)吞作用的不同時間階段分為初級內(nèi)體、次級內(nèi)體和再循環(huán)體[10]。它們是通過內(nèi)吞物質(zhì)到達(dá)的時間來區(qū)分。一旦在內(nèi)吞作用中的 囊泡被釋放,它們首先與初級內(nèi)體融合,之后再成長為次級內(nèi)體并與溶酶體融合[11] [12] [13]。常見的標(biāo)志物如表14所示:

Table 14. The Markers of Endosome

Organelle Protein Name Gene Name Uniprot ID
Endosome AP-2 complex subunit sigma AP2S1 P53680
Endosome Caveolin-1 CAV1 Q03135
Endosome Caveolin-2 CAV2 P51636
Endosome Clathrin light chain B CLTB P09497
Endosome Clathrin heavy chain 1 CLTC Q00610
Endosome Clathrin heavy chain 2 CLTCL1 P53675
Endosome Early endosome antigen 1 EEA1 Q15075
Endosome Ras-related protein Rab-11A RAB11A P62491
Endosome Ras-related protein Rab-5A RAB5A P20339
Endosome Ras-related protein Rab-7a RAB7A P51149
Endosome Rab9 effector protein with kelch motifs RABEPK P51151
Endosome Rap1 GTPase-activating protein 1 RAP1GAP P47736

15. 外泌體

1983年,外泌體首次于綿羊網(wǎng)織紅細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn),隨后,1987年Johnstone將其命名為“exosome”[14]。外泌體是指包含了復(fù)雜 RNA 和蛋白質(zhì)的小膜泡 (30-150nm),現(xiàn)今,其特指直徑在40-100nm的盤狀囊泡。多種細(xì)胞在正常及病理狀態(tài)下均可分泌外泌體。其主要來源于細(xì)胞內(nèi)溶酶體微粒內(nèi)陷形成的多囊泡體,經(jīng)多囊泡體外膜與細(xì)胞膜融合后釋放到胞外基質(zhì)中。目前已報(bào)道的外泌體標(biāo)志物如表15所示:

Table 15. The Markers of Exosome

Organelle Protein Name Gene Name Uniprot ID
Endosome Annexin A5 ANXA5 P08758
Endosome CD63 antigen CD63 P08962
Endosome CD81 antigen CD81 P60033
Endosome CD9 antigen CD9 P21926
Endosome Exosome complex component RRP43 EXOSC8 Q96B26
Endosome Heat shock cognate 71 kDa protein HSPA8 P11142
Endosome Tumor susceptibility gene 101 protein TSG101 Q99816
 

16. 過氧化物酶體

The structure of peroxisome

Fig.5. The structure of peroxisome

過氧化物酶體,又稱微體,是由一層單位膜包裹的囊泡結(jié)構(gòu), 直徑約為0.5~1.0μm, 通常比線粒體小。與 溶酶體不同,過氧化物酶體不是來自 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和 高爾基體,因此它不屬于 內(nèi)膜系統(tǒng)的 膜結(jié)合細(xì)胞器。過氧化物酶體普遍存在于 真核生物的各類細(xì)胞 中,但在 肝細(xì)胞和 腎細(xì)胞中數(shù)量特別多。

過氧化物酶體內(nèi)含一至多種依賴黃素(flavin)的氧化酶和過氧化氫酶(標(biāo)志酶),已發(fā)現(xiàn)40多種氧化酶,如L-氨基酸氧化酶,D-氨基酸氧化酶等等,其中尿酸氧化酶(urate oxidase)的含量極高,以至于在有些種類形成酶結(jié)晶構(gòu)成的核心。左圖示:中央具有尿酸氧化酶形成的晶體狀核心

Table 16. The Markers of Peroxisome

Organelle Protein Name Gene Name Uniprot ID
Peroxisome ATP-binding cassette sub-family D member 4 ABCD4 O14678
Peroxisome Catalase CAT P04040
Peroxisome Matrix metalloproteinase-9 MMP9 P14780
Peroxisome ATP-binding cassette sub-family D member 3 ABCD3 P28288
Peroxisome Acyl-coenzyme A thioesterase 8 ACOT8 O14734
Peroxisome Peroxisome biogenesis factor 1 PEX1 O43933
Peroxisome Peroxisomal biogenesis factor 3 PEX3 P56589
Peroxisome Peroxisomal targeting signal 1 receptor PEX5 P50542

參考文獻(xiàn):

[1] OSullivan JM, Pai DA, et al. The nucleolus: a raft adrift in the nuclear sea or the keystone in nuclear structure? [J]. Biomolecular Concepts. 2013, 4 (3): 277–86.

[2] Sirri V, Urcuqui-Inchima S, et al. Nucleolus: the fascinating nuclear body [J]. Histochemistry and Cell Biology. 2008, 129 (1): 13–31.

[3] Lodish, H; Berk A, et al. Molecular Cell Biology (5th ed.). New York: WH Freeman. 2004, ISBN 0-7167-2672-6.

[4] Clegg JS. Properties and metabolism of the aqueous cytoplasm and its boundaries [J]. Am. J. Physiol. 1984, 246 (2 Pt 2): R133–51.

[5] Juliette Azimzadeh, Michel Bornens. Structure and duplication of the centrosome [J]. Journal of Cell Science 2007, 120: 2139-2142.

[6] Dawe, H. R., Farr, H, et al. Centriole/basal body morphogenesis and migration during ciliogenesis in animal cells [J]. 2007, J. Cell Sci. 120, 7-15.

[7] Davis, E. E., Brueckner, M. et al. The emerging complexity of the vertebrate cilium: new functional roles for an ancient organelle [J]. 2006, Dev. Cell 11, 9-19.

[8] Chretien, D., Buendia, B., et al. Reconstruction of the centrosome cycle from cryoelectron micrographs [J]. J. Struct. Biol. 1997, 120, 117-133.

[9] Paintrand, M., Moudjou, M., et al. Centrosome organization and centriole architecture: their sensitivity to divalent cations [J]. J. Struct. Biol. 1992, 108, 107-128.

[10] Mellman I. Endocytosis and molecular sorting [J]. Annual Review of Cell and Developmental Biology. 1996, 12: 575–625.

[11] Stenmark, H. Rab GTPases as coordinators of vesicle traffic [J]. Nat Rev Mol Cell Biol. 2009, 10 (8): 513–25.

[12] Futter, CE, Pearse, A, et al. Multivesicular endosomes containing internalized EGF-EGF receptor complexes mature and then fuse directly with lysosomes [J]. J Cell Biol. 1996, 132 (6): 1011–23.

[13] Luzio JP; Rous BA, et al. Lysosome-endosome fusion and lysosome biogenesis [J]. Journal of Cell Science. 2000, 113: 1515–1524.

[14] James R. Edgar. Q&A: What are exosomes, exactly [J]? BMC Biol. 2016, 14 (46): 2-7.

特別關(guān)注