La biologie cellulaire est véritablement née dans les années 1950, avec le développement d’une part de la microscopie électronique, d’autre part du fractionnement cellulaire. Ces techniques, récompensées par le prix Nobel de médecine décerné en 1974 à Albert Claude, Christian de Duve et George Palade, ont permis de découvrir l’existence des différents organites cellulaires.

Ces organites permettent aux cellules eucaryotes d’effectuer tout un ensemble de tâches dans des compartiments spécialisés: noyau, endosomes, lysosomes, mitochondries, peroxysomes, réticulum endoplasmique, appareil de Golgi – pour ne citer que les plus courants – sont des acteurs majeurs de la vie des cellules eucaroytes, et la compréhension de leur fonctionnement est donc un enjeu fondamental de la biologie. Ces dernières décennies, la biologie cellulaire a connu un essor formidable; celui-ci a notamment été permis par le développement de techniques permettant la visualisation des différents organites en microscopie.

Voici quelques exemples de marqueurs couramment employés. L’acridine orange a une affinité pour les compartiments acides, et elle est donc employée pour visualiser les lysosomes; comme elle se lie aussi à l’ADN, on a maintenant tendance à lui préférer des marqueurs comme les LysoTrackers, qui sont plus spécifiques et existent en plusieurs couleurs, en fonction des besoins de l’expérimentateur. Pour les mitochondries il existe, de façon similaire, les MitoTrackers, disponibles en plusieurs couleurs et tirant leur spécificité de leur sensibilité au potentiel membranaire. Les colorants de la famille ER-Trackers permettent, eux, de visualiser le réticulum endoplasmique. Si l’on veut voir les noyaux des cellules, on peut par exemple utiliser du DAPI ou du Hoechst.

Les marqueurs subcellulaires qui sont actuellement employés sont, en très grande majorité, fluorescents. Un des avantages de la fluorescence est qu’elle permet la visualisation simultanée de plusieurs marqueurs, s’ils ont des spectres différents. Imaginons par exemple que l’on veuille étudier en parallèle les lysosomes, les mitochondries et les noyaux: on peut alors utiliser marquer une même cellule avec du DAPI (qui fluoresce en bleu), du MitoTracker qui fluoresce en rouge et du LysoTracker qui fluoresce en vert. Le microscope à fluorescence permet, avec un tel échantillon, de visualiser séparément chacun des marqueurs.

La liste des marqueurs existants est loin d’être exhaustive, et de nouveaux marqueurs (plus performants, ou avec d’autres couleurs) sont régulièrement développés. Enfin, les marqueurs précédemment cités permettent la visualisation des organites dans des cellules vivantes. Une autre technique, très fréquemment employée, permet la visualisation des structures de son choix dans des cellules fixées : l’immuno-marquage. Dans ce cas, on incube les cellules avec des anticorps qui reconnaissent un marqueur de l’organite d’intérêt, puis on révèle la localisation des anticorps (le plus souvent par fluorescence, ou parfois par la formation d’un précipité coloré). Dans ce cas-là, le choix des marqueurs est très grand, puisque si on veut par exemple visualiser les endosomes, ou pourra utiliser des anticorps ciblant n’importe quelle protéine endosomale. C’est donc tout un nouvel univers de possibilités qui s’ouvre à l’expérimentateur…