Ca2+
心肌细胞
文献编号:
F2001-001(香螺心室肌)
肝细胞
文献编号:
C2012-008;
C2009-001
神经元
文献编号:
F2010-017
阿尔茨海默症的发病机理:β-淀粉样肽破坏了离子平衡
AD(阿尔茨海默症,老年痴呆症)是一个进行性发展的退行性疾病,主要特征是形成不溶的淀粉样病斑和神经纤维缠结。β-淀粉体(Aβ)是Aβ病斑的主要组分。神经元暴露在慢性、亚致死剂量的Aβ中超过一定的时间可能会致病,然而许多研究没在在活细胞中进行研究,因此存在一些问题。
为了研究AD发病的机理和解决活细胞测定的问题,澳大利亚的科学家使用非损伤微测技术研究了活体神经元的K+和Ca2+流速。发现初级皮层神经元在1μM的Aβ1-40中超过7天,神经元存活率下降了20%,这种细胞的存活率和K+外流的增加有关。另外,10μM的Glu诱导了神经元的兴奋性中毒,1μM的Aβ处理1天后用Glu再处理导致了更大的K+外流,K+外流在Aβ处理20min后更高,用Glu处理导致K+外流增加了2.8倍。Ca2+的吸收用Aβ处理20min就增加了2.5倍。研究结果认为神经元长期暴露在Aβ中会致病,因为Aβ降低了皮层神经元维持K+和Ca2+平衡对Glu的反应,这种反应可能是AD早期症状发生的原因。
这项研究发现神经元失去维持K+和Ca2+平衡的能力可能是细胞对Aβ早期反应的指示。在将来的工作中我们可以通过K+流检验微量的Aβ(1μM),K+外流指示AD的早期症状以及Glu与Aβ的协同作用。
神经胶质瘤细胞
文献编号:
C2014-002
光动力疗法抑制癌细胞的离子流机制
神经胶质瘤是一种高发病率与死亡率的常见原发性脑瘤,体内外研究表明,光动力疗法(PDT)可以使神经胶质瘤细胞发生死亡。近期的研究显示,PDT抑制神经胶质瘤与C6神经胶质瘤细胞外谷氨酸浓度上升以及作为Ca
2+与K
+通道的谷氨酸受体AMPA表达的上调有关,但PDT如何影响细胞内外的Ca
2+与K
+的跨膜流动还未进行过研究。
该报道以C6神经胶质细胞瘤为研究对象,通过非损伤微测技术发现,正常状态下C6神经胶质瘤细胞Ca2+少量外流,K+内流,当进行PDT干预后,发生明显的Ca
2+内流和K
+外流,细胞发生死亡。谷氨酸受体AMPA的拮抗剂CNQX可以抑制PDT干预后Ca
2+与K
+流的改变。
这项研究更进一步的揭示了PDT引起神经胶质瘤细胞死亡的分子机制,显示出癌细胞的死亡可能与Ca
2+内流和K+外流这个转变的发生有关。
O2
神经元
文献编号:
F2011-005(
Nature Cell Biology)
Bcl-XL调节神经元代谢效率
B细胞淋巴2(Bcl2)家族蛋白调节程序性细胞死亡,但是抗细胞程序性死亡蛋白如Bcl2和Bcl-xL如何阻止细胞死亡的过程还不了解。Bcl-x
L促进线粒体和胞质之间代谢物的交换,也是成年大脑中主要的抗细胞程序性死亡的蛋白,Bcl-xL过表达增加了突触的数量和大小。
为了研究Bcl-x
L的调节作用,耶鲁大学的科学家使用非损伤微测技术在“Nature Cell Biology”发表文章,发现过表达Bcl-x
L的神经元有更高的ATP水平,外源Bcl-x
L减少或者抑制ATP。尽管ATP水平增加,但是过表达神经元Bcl-x
L的耗氧降低,且Bcl-x
L消失后增加了氧气吸收的水平。证据表明Bcl-x
L与F1F0 ATP合成酶的β-subunit直接作用,减少了F1F0 ATP成酶复合体中的离子渗漏,因而增加了F1F0 ATP活动期间通过F1F0的H
+转运。此外,重组Bcl-x
L蛋白直接增加了纯化的合成酶复合体ATPase活性的水平,并且外源的Bcl-x
L减少了F1F0酶活性的水平。发现表明在Bcl-x
L表达的神经元中增加线粒体的效率归功于增加了突触的效能。
本研究认为Bcl-x
L通过减少质子从F1F0 ATP酶的渗漏增加ATP合成酶的效率,因此促进了神经元的代谢。这里通过非损伤微测技术直接测定神经元的氧气流速,从而准确地认识了Bcl-x
L所引起的线粒体代谢效率的增加,为更多的代谢方面的研究提供了新手段。
肿瘤细胞
文献编号:
C2012-026
单壁碳纳米管调节线粒体功能
单壁碳纳米管(Single-walled carbon nanotubes, SWCNTs),具有优异的电子、机械、力学等性能,尤其对电子具有超高的迁移率,是最具潜力的新型器件材料。在生物医药领域,因其特有的生化性能,广泛用于药物传递、体内成像等。本研究观察了SWCNTs进入细胞后对线粒体功能的影响并为SWCNTs在生物医药的应用提供了理论基础。
本文以口腔表皮样癌细胞作为研究材料,经SWCNTs处理后,线粒体膜电位以及胞内Cyt C含量降低、活性氧水平升高。此外还发现,SWCNTs扰乱了Cyt C的电子传递。为了观察SWCNTs是否影响线粒体呼吸作用,采用非损伤微测技术(NMT)检测了细胞O
2流速。结果显示,SWCNTs处理后,细胞的O2吸收速率较对照组下降,24h处理组的O
2吸收速率仅为对照组的9.7%,O
2吸收速率与处理时间成反比。
研究结果表明,SWCNTs抑制了线粒体的呼吸作用,使得细胞的代谢水平降低。产生这一变化的原因是Cyt C的电子传递受抑制导致其氧化还原活性下降。非损伤微测技术通过检测细胞整体的O
2流速,间接地反映出线粒体呼吸作用的强弱,为本研究提供了代谢水平上的直接证据。
H2O2
神经元
文献编号:
F2005-020(神经毒性)
K+、Cl-
肿瘤细胞
文献编号:
C2012-018(鼻咽癌细胞)
NMT推翻膜片钳结论
低渗环境下,细胞发生肿胀,在调节性细胞容积缩小(RVD)的作用下,细胞体积恢复正常。传统理论认为这一过程中,K
+、Cl
-协同外排,同时带走胞内水分,使细胞恢复正常体积,这个理论也是膜片钳实验的结论。在采用非损伤微测系统分别检测K
+与Cl
-流速后发现,K
+外流只参与了RVD最开始的一段过程,随着胞内H
+外流至细胞外表面导致K
+通道关闭后,H
+的外流代替了K
+的外流,证明了在RVD过程中,K
+与Cl
-的外排是相对独立的。之所以膜片钳研究的时候出现了K
+通道一直开放的情况,是因为检测时胞内外的溶液混合到一起,胞外H
+浓度无法发生有效改变,K
+通道便一直开启。
随后,又运用非损伤微测技术对细胞迁移的过程进行了研究,发现迁移过程中,细胞前部K
+内流,后部K
+外流,此时,Ca
2+浓度在迁移的细胞内呈前低后高的趋势,并由此推测迁移细胞后部Ca
2+内流后激活Ca
2+依赖的K
+通道,导致K
+外流,启动RVD,而迁移细胞前部恰恰相反,从而实现了细胞迁移。