İki görüntü analiz algoritmaları, "Drosophila NMJ Morfometri" ve "Drosophila NMJ Bouton Morfometri" otomatik Drosophila nöromüsküler kavşakta (NMJ) dokuz morfolojik özelliklerini ölçmek için, yaratıldı.
Sinaptik morfolojisi sinaptik etkinlik için sıkı ilişkili olduğu ve birçok durumda morfolojik sinaps kusurları sonuçta sinaptik arızalanmasına yol açar. Drosophila larva nöromuskular (NMJ), glütamaterjik sinapslarda büyük bir köklü model yaygın olarak yıllardır çalışılmıştır. NMJ morfolojik kusurlara neden mutasyonların belirlenmesi sinaps gelişimi ve işlevi düzenleyen genlerin bir repertuarı ortaya çıkardı. Bunların çoğu Drosophila NMJ morfolojik anormallikleri tespit etmek için nitel yaklaşımlar üzerinde duruldu büyük ölçekli çalışmalarda tespit edilmiştir. nitel analizler bir dezavantajı NMJ morfolojisi katkıda birçok ince oyuncu muhtemelen fark edilmeden kalması. nicel analizler ustaca morfolojik farklılıkları tespit etmek için gerekli olan Halbuki onlar zahmetli olduğu için, bu tür analizler henüz yaygın gerçekleştirilen değildir. Bu protokol detay iki görüntü analiz algoritmaları açıklar "Drosophila </emDrosophila NMJ, kantitatif doğru ve objektif morfometrik analiz Fiji uyumlu makrolar gibi mevcut> NMJ Morfometri" ve 'Drosophila NMJ Bouton Morfometri'. Bu metodoloji, yaygın olarak kullanılan belirteçler ile immunolabeled NMJ terminalleri analiz etmek için geliştirilmiştir Dlg-1 ve . BRP Ayrıca, bu tür Hrp, CSP ve SYT gibi diğer belirteçler onun daha geniş uygulama bu protokolde sunulan makro dokuz morfolojik NMJ özelliklerini değerlendirmek için edebiliyoruz. NMJ alanı, NMJ çevre, bOUTONS sayısı NMJ uzunluk, NMJ en uzun şube uzunluk, adacıkların sayısı, dal sayısı, dallanma noktaları ve NMJ terminali aktif bölgelerin sayısı.
Gibi zihinsel engelli, otizm spektrum bozukluğu ve şizofreni gibi bilişsel hastalıklar çoğu zaman anormal sinaptik fonksiyon, 1, 2, 3 ile karakterize edilir. Sinaps morfolojisi ve fonksiyon sıkı iç içe geçmiştir; morfolojik kusurlar sinaptik arızaya neden olabilir ve, tersine, anormal sinaptik transmisyon sinaptik olgunlaşmasını ve şekil 4, 5, 6 etkileyecektir.
Model organizmaların bir dizi daha sinaps biyolojisini anlamak ve sinaptik değişiklikler sağlık ve hastalık 7, 8, 9 beyin fonksiyonlarını nasıl etkilediğini ışık tutmak amacıyla kullanılmıştır. Drosophila NMJ bir geniş olarak araştırılmış ve glutamaterjik sistem için in vivo model köklünapse biyoloji 10, 11. Geçmiş yıllarda, bu model NMJs arasındaki morfolojik farklılıkları tespit etmek amacıyla, hem de büyük ölçekli genetik ekranlar için, fizyolojik ve gen odaklı çalışmalar için kullanılmıştır. Özellikle, ileri genetik ekranlar sinaps gelişimi altında yatan pek çok önemli regülatörleri ve mekanizmalar tanımlanmış ve 12, 13, 14, 15, 16 fonksiyon var. Bununla birlikte, bu ekranların en NMJ terminali morfolojisinin görsel değerlendirme ile ve nitel sinaptik anormalliklerin tespit edilmesi veya birkaç morfolojik özelliklerin yarı-kantitatif puanlama dayanıyordu. Sonuç olarak, insan gözünün olmayan ortada oldukça ince sinaptik morfolojik anormallikler kolayca cevapsız edilir. amacıyla kapsamlı kantitatif farklılıklar tespit edebilmek içinNMJ doğru çıkar morfolojik parametrelerin sistematik olarak ölçmek suretiyle değerlendirilmelidir. elle NMJ özellikleri Ölçme birkaç NMJ ilgi özellikleri ve / veya büyük ölçekli genetik gösterimleri gerçekleştirilirken özellikle olduğunda, zahmetlidir. Multiparametrik, yüksek hacimli morfolojik analizini desteklemek ve objektif ölçümünü elde etmek için, iki makro "Drosophila NMJ Morfometri" ve "Drosophila NMJ Bouton Morfometri" 17 geliştirilmiştir. Her iki makro açık kaynak görüntü analiz yazılımı Fiji 18 çalıştırmak ve her ikisi de aynı odaklı ve nonconfocal görüntüleri ölçmek.
"Drosophila NMJ Morfometri" önlemler büyük 1 postsinaptik işaretleyici disk (DLG-1) ya da presinaptik yaban turpu peroksidaz (HRP) ile immüno-NMJ terminalleri, aktif bölge işaretleyici bruchpilot (BRP) ile birlikte etiketli. Dokuz morfolojik parametrelerle quantifiesters (aşağıda daha ayrıntılı olarak tarif edilmiştir): NMJ alanı, NMJ çevre, BOUTONS sayısı NMJ uzunluğu, NMJ uzun dal uzunluğu, adacıkların sayısı, dal sayısı, dallanma noktaları ve sinaptik terminalden aktif bölgelerin sayısı gibi (Şekil 1) . BOUTONS sayısının belirlenmesi için bir algoritma bu makro mevcut olsa da, doğruluk 17 kriterlerini karşılamayan. Düzgün BOUTONS sayısını değerlendirmek için, özellikle anti-sinaptotagmin (SYT) ya da anti-Sistein dize protein (CSP) ile boyama NMJ hazırlıklarını kullanarak boutons ölçmek için tasarlanmıştır "Drosophila NMJ Bouton Morfometri" makro kullanmak için gerekli olan, ve BRP ile birlikte imüno-. "Drosophila NMJ Bouton Morfometri" makro aşağıdaki parametreleri quantifies: Aktif zo ait BOUTONS sayısını, NMJ bouton alanı, NMJ uzunluğu, NMJ en uzun dal uzunluğu, adaların sayısı, şube sayısını, dallanma noktalarının sayısını ve numarayıaksam (Şekil 2).
Makroları 3 alt makrolar oluşur: (I) "yığın dönüştür" mevcut tüm görüntü dosyalarını tanımlar ve Z-hyperstacks ve her iki kanalın maksimum yoğunluk projeksiyonları oluşturur. çıktısı gibi, bu makro "stack_image_name" ve "flatstack_image_name" denilen sinaps başına iki yeni dosyalar oluşturur. II) "ROI tanımlama" art arda her maksimum projeksiyon görüntüleri "flatstack_image_name" açık ve manüel olarak ilgi çekici bir spesifik sinaptik terminali mevcut olduğu (ROI), bölgeyi tanımlamak için isteğe ile sunacaktır. Bu görüntülerin 11 mevcut olabilir bitişik kas ve / veya (1 olan), sinaptik terminallerinden diğer tip bağlantı sinaps hariç tutulmasına izin uygulanmıştır. (III) "Analiz" tam ROI sınırları içinde görüntülerin tüm bölgelerine analizini otomatik uygular. Gibitüm sayısal ölçüm açıklamalı olacak "results.txt" ve makro tarafından üretilen temel görüntü segmentasyonları izah edilecektir bir "res_image_name.tif": Bu adımın sonucu, kullanıcı iki yeni dosyalar elde edecektir. NMJ anahat, NMJ iskelet ve BRP pozitif aktif bölgelerin sayısı: Görüntü analizi sırasında üç yapılar, her bir sinaptik terminalden elde edilir. NMJ anahat NMJ alan ve çevre belirlemek için kullanılır ve daha sonraki bir havza ayırma BOUTONS sayısını belirtir. İskeletin itibaren beş NMJ özellikler çıkarılabilir gibidir: toplam NMJ uzunluğu, herhangi iki uç noktalarını bağlayan en uzun kesintisiz yolun uzunluğunun toplamı (en uzun dal uzunluğu), NMJ başına bağlantısız bölmeleri sayısını ( "adalar" olarak anılacaktır ), dal sayısı ve dallanma noktaları (bir dallanma noktası üç veya daha fazla dal bağlanır) sayısı. aktif bölgelerinin sayısı, saymak suretiyle BRP-kanal belirlenirBRP pozitif noktalar. (Açıklamalı NMJ hatları (sarı çizgi), NMJ iskelet (mavi çizgi) ve (beyaz odaklar ile gösterilir) BRP pozitif aktif bölgeleri sayısı sonuçları resim görüntülenir ve parametrelerin ölçümleri için işlenir. txt) çıktı dosyası (Şekil 3).
Drosophila NMJ Morfometri" ve 'Drosophila NMJ Bouton Morfometri Drosophila NMJ Morfometri 've 'Drosophila NMJ Bouton Morfometri'' önce tarif edilen ve yaygın olarak Nijhof ve ark. 17 ile doğrulanmıştır. Bu makale makrolar kullanılarak NMJ morfolojisi analiz etmek için yöntem odaklanır'. Bununla birlikte, makro-destekli analizi öncesinde, NMJ tahlil ve immunostainings Bu önemli adımlardır. gerçekleştirilmesi gereken ve immünohistokimya için kullanılan işaretlerin kombinasyonu makro analizler için uygun olması gerekmektedir. Bu adımlar kısaca açıklanan seBu protokolün ction 1 ve bu prosedürleri gerçekleştirmek için ayrıntılı protokolleri tarif referanslara yönlendirmek.
"Drosophila NMJ Morfometri" ve "Drosophila NMJ bouton Morfometri" sinaps morfolojiyi değerlendiren ilgilenen araştırmacılar için güçlü araçlardır. NMJ parametrelerin Manuel değerlendirme zahmetli olduğu; o makroları 15 dakika için deneyimli bir araştırmacı biriktirmek olacağı tahmin edilmektedir / NMJ manuel görüntü segmentasyonu üzerine geçirdi. koşul veya genotip başına değerlendirilen sinapsların bir ila iki onlarca ile bu hızla bile küçük ölçekli çalışmalarda, kaydedilen zaman ciddi miktarda özetliyor. büyük ekranlar gerçekleştirirken, el değerlendirmesi ve ölçümü ile karşılaştırıldığında, yüksek hacimli bir analiz kullanılarak kazancı, büyük olabilir. artan bir çıktı ile ek olarak, makro kolaylıkla objektif bir analiz sağlanır; aksi takdirde kör deneyleri yanı sıra birden fazla araştırmacı analiz dahil ortaya kişilerarası farklılıkları gerektiren kişisel önyargıları dahil değildir. Son olarak, makro hassas ve doğru bir sağlamaktırDramatik NMJ kusurları ziyade ince yol ve bugüne kadar araştırmacının gözle hesaba katılmayan kalmıştır sinaptik düzenleyiciler tanımlanmasına izin NMJ özelliklerinden alysis. Doğrulama prosedürleri ve makrolar kullanılan algoritmalar ile ilgili ayrıntılı bilgiler yayın Nijhof ve diğerleri bulunur. 17.
Makrolar işlevselliği uygun Daha sonra kas 4. Drosophila melanogaster NMJs morfolojik özellikleri ölçmek için doğrulanmıştır, bu makrolar da bu organizma diğer kaslarda sinaps analiz etmek için uygun olduğu gösterilmiştir. Makro, diğer Drosophila türleri ve ayrıca böcekler dahil olmak üzere, diğer türler, içindeki yapı ile NMJ morfolojik parametrelerin ölçülmesi için kullanılabilir olması muhtemeldir. Evriminde çok uzak olsa NMJs, örneğin farelerin NMJs, oldukça benzer bir yapısal şekle göstermek 29. makrolar diğer türlerden NMJ hazırlıklar üzerinde test edilmemiştir ancak potansiyel kullanıcılar bu tür amaçlar için makro sınamak için teşvik edilir.
Kullanıcı / tanımlamak görüntüler için en uygun makro ayarları seçmek için farklı bir otomatik eşikleri ve algoritmalar araştırıyor çok önemlidir. Makro değerlendirme kılavuzu değerlendirmeye kıyaslandığında Bu ayarlarla, yaklaşık% 95'lik bir doğruluk elde edilir. Makro ayarlarını yapma düzgün segmenti görüntülerin% 100 çok zahmetli ve hatta imkansız bir prosedür olabilir için. sayıları% 5'in altındadır nedenle, düzgün segmentli olmayan görüntülerin dışlama önerilir. Görüntülerin kalitesi düşükse Açıkça, makrolar yetersiz görüntü segmentasyon daha yüksek bir oranda üretecektir. Düşük kaliteli görüntüler benzer manuel değerlendirmeyi etkileyecektir ve bu nedenle makro performansı ile bağlantılı olamaz. bunların resim için tasarlanmış gibi Yine makro oldukça sağlamdıryüksek içerik mikroskop 17 (örneklerin çok sayıda görüntüleme sağlayan otomatik bir floresan mikroskop) oluşturulan s.
Bir kritik nokta kullanıcı görsel makrolar tarafından oluşturulan tüm sonuç görüntüleri inceler olmasıdır. Bu algılamak ve yetersiz segmentasyon ile resim dışlamak için izin verecektir. Bu protokol bölüm 6, kullanıcı "Analiz" alt makro çalıştırırken doğru görüntü segmentasyon için ayarlarını nasıl yönlendirilir. hızla makrolar gereklerine ve nasıl makro ayarları "makro ayarlarını Examples_adjusting" adlı bir klasör ayarlamak için birlikte alıştırmak için makro depo https://figshare.com/s/ec634918c027f62f7f2a dahildir. örnekler (içeriği yüksek / eş odaklı / floresans mikroskobu) farklı mikroskop platformlarda elde edilen görüntüler ve farklı immunostainings sahip on üç alt klasörler her biri verilmiştir. PDF başlıklı “Örnekler rehber” Aynı dahildirHer örnek için gerekli ayarları beklenen sonuçları ve sonuçları görüntüler sağlayan bir metin belgesi ile birlikte temin edilmektedir klasörü.
makrolar .tiff dosyaları ayrılmış olarak kaydedilen görüntüleri işlemek için tasarlanmış, yine de bazı kullanıcılar farklı bir biçimde kendi görüntüleri kurtarmış olabilir. Ve ayrıntılı talimatlar belge "Örnekler Kılavuzu" nasıl makro içine görüntüleri aktarmak için – Aşağıdaki web sitesi https://figshare.com/s/ec634918c027f62f7f2a 21 üç örnek dosyaları (3 Örnek 1) "Drosophila NMJ" adlı bir klasör içeriyor .tiff ayrı dosyalar olarak saklanır değilse de aynı klasörde bulunabilir.
NMJ alanı, NMJ çevre, BOUTONS sayısı NMJ bouton alanı, NMJ uzunluk, NMJ en uzun dal uzunluğu, Isla sayısı: Birlikte, "Drosophila NMJ Morfometri" ve "Drosophila NMJ bouton Morfometri" makro on farklı NMJ özelliklerini ölçmekNDS, dal sayısı, dallanma noktalarının sayısı ve aktif bölgelerin sayısıdır. Bu yalnızca bir veya birkaç sinaptik özellikleri 30, 31 değerlendirebilir şimdiye kadar mevcut araçlar üzerinde büyük bir avantaj sağlamaktadır. Multiparametrik nicel analiz sinaps biyoloji sayısız yönleri kadar birini kontrol roman düzenleyicileri tanımlamak için yeni keşifler, örneğin için büyük bir potansiyele taşımaktadır. Ayrıca, tam olarak aynı veya üst üste NMJ özellikleri coregulate ve böylece, ortak moleküler yollarla çalışma olasılığı olan genleri belirlemek için gerekli çözünürlüğü sağlar. Son olarak, sinaptik parametreler genler, koordine morfometrik korelasyon temin istifin bozulmadığı koşullar 17 ve birbirleriyle ilişkili ne kadar farklı araştırmak için ihtimalini açmaktadır.
Birlikte ele alındığında, bu protokol "Drosophila NMJ Morfometri" iki makro nasıl kullanılacağı gösterilmektedir veYüksek verimli bir şekilde on morfolojik NMJ özelliklerinin objektif ve duyarlı kantifikasyonunu gerçekleştirmek "Drosophila NMJ Bouton Morfometri".
The authors have nothing to disclose.
Biz Drosophila suşları sağlamak için Viyana Drosophila Kaynak Merkezi ve Bloomington Drosophila stok merkezi (NIH P40OD018537) kabul eder. Biz görüntülemede uzman desteği almak için Mikroskobik Görüntüleme Merkezi'nden Jack Fransen teşekkür ederim. Bu çalışma Alman Mental Retardasyon Network tarafından, iki DCN / Radboud Üniversitesi Tıp Merkezi Doktora burs tarafından, Vidi ve Hollanda Bilimsel Araştırma Örgütü (NWO) TOP hibe (917-96-346, 912-12-109) tarafından desteklenmiştir Eğitim ve Araştırma (Bmbf) Alman Federal Bakanlığı NGFN + programı tarafından ve AS Avrupa Birliği'nin FP7 büyük ölçekli entegre ağ Gencodys (SAĞLIK-241995) tarafından finanse. Maliyeciler, çalışma tasarımı, veri toplama ve analiz, yayımlama kararı, ya da yazının hazırlanmasında hiçbir rolü yoktu.
Immunostainings | Dilution | ||
Mouse anti-discs large 1 | Developmental Studies Hybridoma Bank | AFFN-DLG1-4D6 | 1/25 (conjungated using the Zenon Alexa Fluor 528 Labeling Kit) |
Rabbit anti-horseradish peroxidase | Jackson IR | 323-005-021 | 1/500 |
Rabbit anti-Synaptotagmin | Gift from Hugo Bellen | Jan-00 | |
Mouse anti-Cysteine string protein | Developmental Studies Hybridoma Bank | DCSP-1(ab49) | 1/10 (conjungated using the Zenon Alexa Fluor 528 Labeling Kit) |
Mouse anti-Bruchpilot | Developmental Studies Hybridoma Bank | nc82 | Jan-50 |
Goat anti-mouse Alexa Fluor 488 | Life technologies | A11029 | 1/200 |
Goat anti-rabbit Alexa Fluor 568 | Life technologies | A11011 | 1/500 |
Zenon Alexa Fluor 568 Mouse IgG1 Labeling Kit | ThermoFisher | Z25006 | |
ProLong Gold Antifade Mountant | ThermoFisher | P36930 | |
Material | Company | Catalog number | Comments |
Equipment | |||
Confocal microscope or fluorescence microscope | Leica SP5 | ||
Zeiss Axio imager | |||
Computer | Mac or Pc | ||
Material | Company | Catalog number | Comments |
Software | |||
FIJI |