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(zhǎng)和繁殖的各個(gè)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(dòng)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。
Fig. 1. Components of a typical animal cell
1. 核仁
核仁是細(xì)胞核中的一個(gè)小體，動(dòng)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(gè)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(chǎng)所，rRNA.剪切和加工場(chǎng)所；FC是被DFC包圍的一個(gè)或幾個(gè)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(chǔ)存的場(chǎng)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(huì)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
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(dòng)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(gè)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(dòng)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(gè)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(shí)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(huì)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(duì)一條mRNA單鏈的翻譯后，大小亞基會(huì)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(gè)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(gè)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(gè)高爾基體通常具5—8個(gè)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(gè)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(chǎng)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(dòng)，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(dòng)力系統(tǒng)；在白細(xì)胞(白血球)的遷移、精子的游動(dòng)、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
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(chǎng)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(gè)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(zhǎng)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(shí)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(dòng)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(gè)中心體主要含有兩個(gè)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(shí)還可以調(diào)節(jié)細(xì)胞周期進(jìn)程。
Fig.4. The structure of Centrosome
典型的真核細(xì)胞中心體由一對(duì)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(gè)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(zhǎng)度變動(dòng)于0.16～0.56μm之間，成對(duì)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(gè)稱為母中心粒的成熟中心粒和在前一個(gè)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(zhǎng)度的80％[8]。母體中心粒的特征在于其遠(yuǎn)端有兩組九個(gè)附肢[9]。常見的中心體標(biāo)志物總共有11個(gè)，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(duì)于動(dòng)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(duì)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(gè)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(zhǎng)。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(huì)凝聚形成染色體。在這一塊的研究中，我們經(jīng)常會(huì)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?cè)诤藘?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(gè)緊湊的單元，這個(gè)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(chǎng)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(huì)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(gè)，分別是MAP1LC3B和SQSTM1。
13. 纖毛
纖毛是微觀的毛發(fā)狀結(jié)構(gòu)，從一些動(dòng)物細(xì)胞的表面伸出的、能運(yùn)動(dòng)的突起。典型纖毛的長(zhǎng)度為1~10μm，寬度通常小于1μm。它們通常分為兩類：運(yùn)動(dòng)型和非運(yùn)動(dòng)型。運(yùn)動(dòng)型纖毛，存在于呼吸道、中耳等部位。纖毛運(yùn)動(dòng)通常是多個(gè)纖毛一起以揮鞭式的方式運(yùn)動(dòng)，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(gè)具有單個(gè)移動(dòng)的纖毛的體細(xì)胞是精子細(xì)胞。
非運(yùn)動(dòng)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(hào)。例如，當(dāng)尿液流過時(shí)，腎臟中的纖毛被迫彎曲，從而向其正在流動(dòng)的細(xì)胞發(fā)送信號(hào)。眼內(nèi)的非運(yùn)動(dòng)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(gè)，分別是ARL3B、IFT88和RAB23。
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(shí)間階段分為初級(jí)內(nèi)體、次級(jí)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(shí)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(jí)內(nèi)體融合，之后再成長(zhǎng)為次級(jí)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
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 |
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