의 발달 프로세스 추적 및 정량화<em> C. 엘레</em> 오픈 소스 도구를 사용하여
Summary
Here it is shown how to track and quantify developmental processes in C. elegans. The methods presented are based on open-source tools that can be easily implemented. It is demonstrated how to reconstruct 3D cell-shape models, how to manually track subcellular structures, and how to analyze cortical contractile flow.
Abstract
정량적으로 개발 프로세스를 캡처하는 것은 돌연변이의 표현형을 식별하고 설명하는 기계적인 모델과 키를 유도하는 것이 중요하다. 여기 프로토콜은 배아와 성인 C. 제조되게됩니다 엘레 장단기 시간 경과 현미경 동물과 발달 과정의 추적 및 정량 방법. 제시된 방법은 모든 C.에 기초 쉽게 사용되는 현미경 시스템의 독립적 실험실에서 구현 될 수 Caenorhabditis 엘레 유전학 센터에서 사용할 수 있으며 오픈 소스 소프트웨어에 간스 균주. 모델링 소프트웨어 IMOD를 이용하여 3 차원 셀 형상 모델의 재구성, – 형광 표지 된 세포 내 구조물 다목적 이미지 분석 프로그램 Endrov 및 PIVlab를 사용하여 피질 수축 흐름 분석을 사용하여 수동으로 추적 (시분 디지털 입자 화상 유속계 MATLAB에 대한 도구) 표시됩니다. 그것은 T 이러한 방법도 배포 할 수있는 방법을 설명합니다O를 정량적으로 소포 흐름의 추적, 추적 다른 모델, 예를 들면, 세포 추적 및 계보의 다른 발달 과정을 캡처합니다.
Introduction
형광 단백질, 유전자 공학, 광학 현미경, 컴퓨터 소프트 및 하드웨어의 지속적인 개선과 함께, 그것은 전례가없는 시공간 해상도에서 많은 모델 생물의 개발을 기록 할 수있게되었습니다. 이 연구진은 이전에 해결 될 수없는 질문을하거나 간과 측면을 검색하기 위해 알려진 개발 프로세스를 재 방문 할 수 있습니다. 이 진행은 철저한 측정 및 통계 분석에 의해 정량적 모델로 질적, 비공식적 모델 변환을 목표로 양적 발달 생물학의 분야를 촉발했다.
트래킹 셀과 세포 내 구조는 배아 발달, 신경계 활성, 또는 세포 분열 1-12 정량적 모델을 도출하는 것이 가능했다. C의 초기 개발 과정에서 세포 분열의 잔재를 추적하여 엘레 배아, 우리는 그들이 스테레오를 따르는 것이 밝혀 최근 수경로를 입력하고 구성하는 중요한 편광는 13,14 요인.
여기에, 프로토콜은 양적 발달 생물학 비 전문가를위한 접근에 접근 할 것을되게됩니다. 초점은 표준 공 초점 현미경과 컴퓨터에 액세스 할 수있는 모든 실험실에서 구현 가능한 세 개의 직선 앞으로 자유롭게 사용할 수있는 도구에 놓여있다. 이들은 3D 셀 형상을 생성하는 프로토콜, 세포 분열 잔재를 추적 프로토콜 및 정량적 피질 액토 마이 오신 역학을 설명하는 프로토콜을 포함한다. 선충 C. 엘레가 실시 케이스로 사용하지만, 여기에 기술 된 방법과 도구 등 다른 생물학적 예를 들어 모델, 배양 세포, 조직 외식, organoids 또는 타원체, 다른 배아에 질문의 다양한 적합
일반적으로, 여기에 표시된 분석 중 일부는 (http://imagej.nih.gov/ij/docs/index 인기있는 오픈 소스 도구 ImageJ에 수행 할 수 있습니다.HTML; 또는 피지, 다른 정량 분석을위한 많은 플러그인을 사용할 수있는 ImageJ에 버전, http://fiji.sc/Fiji을) '배터리 포함'. 그러나, 프로그램은 여기서 설명하는 특정 문제를 해결하기 위해 설계되었습니다.
우선, IMOD, 화상 처리는, 모델링 및 디스플레이 스위트 전자 또는 광학 현미경 (15)로부터 시리얼 섹션들의 3D 재구성을 위해 사용될 수있다. IMOD는 어떤 방향에서 3D 데이터를보기위한 도구가 포함되어 있습니다. 둘째, Endrov, ImageJ에 플러그인 호환성 16, 네트워크 또는 확장 플러그인 구조의 기초 (다른 사람들) 트랙의 이미지 분석, 데이터 처리, 및 주석을 수행하도록 설계된 자바 프로그램. 그것은 140 이미지 처리 작업과 모델 및 원시 데이터를 개별적으로 표시되는 확장 사용자 인터페이스가 포함되어 있습니다. 소스 코드는 https://github.com/mahogny/Endrov에서 찾을 수 있습니다. 셋째, PIVlab, M정량적 및 정 성적으로 입자 유동장 (17)을 분석 할 수 있도록 사용자를 디지털 입자 화상 속도계 애 트랩 용 도구. 이 프로그램의 사용은 처리 도구 상자 (http://mathworks.com) 이미지를 포함하는 MATLAB 라이센스가 필요합니다. PIVlab 정량적 흐름을 설명하기위한 프로그램이다. 이 이미지 쌍 또는 시리즈 내의 속도 분포, 크기, 소용돌이, 발산, 또는 전단을 계산합니다. 이를 위해 가장 가능성 입자 변위를 유도 이미지 쌍 (프로토콜 부분에서 소위 '패스') 이미지의 작은 영역을 상호 연관. 이 교차 상관은 직접적인 상호 상관 또는 각각 고속 푸리에 변환 (FFT)을 사용하여 공간 또는 주파수 영역에서 분석 될 수 상관 행렬을 산출한다.
여기에 사용 된 장비는 Nipkow ( '방사') 디스크, EMCCD, 488 및 561 nm의 표준 솔리드 구비 도립 현미경 인상태 레이저 및 석유 또는 물에 침수 목표 아포 크로 매트 20 배 공기 또는 40 배 또는 60 배 계획 /. 그러나, 다른 영상 방식으로 시간 경과 이미징을 수행하는 것이 가능하다, 예를 들면, 포인트 – 투, 라인 – 또는 컨벌루션 또는 구조화 결합 시트 주사 레이저 기반 현미경 멀티 광자 현미경뿐만 아니라, 에피 형광 현미경 조명. Nipkow 디스크 시스템을 사용하는 이점은 스트리밍 모드 (연속 이동 및 Z 차원 물체의 스캐닝)을 사용할 경우 특히, 매우 빠른 화상 취득한다. 또한 분해능을 향상시키기 위해, EMCCD 앞 1.5 배 확대 증량제를 사용할 수있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
개발 물체 추적을 통해, 특히 핵 추적, 그것은 C. 중앙 패터닝 메커니즘을 규명 할 수 있었다 엘레은 1,23,24를 배아. 더 높은 처리량이 전략을 확대, 추가적인 패턴 규칙을 발견하고 패턴을 추론하는 방법을 방법은 드 노보 (10) 규칙을 제안 최근에 가능했습니다. 많은 돌연변이를 들어, 그러나, 정확한 패터닝 결함은 여전히 알려져 있지 않다. 여기에 설명 된 …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors have nothing to disclose.
Materials
| Stereo microscope | Motic/VWR | OT4005S | Stereo microscope for dissection and mounting |
| Polybead Polystyrene Microspheres, | Polysciences | 18329 | Embryo mounting |
| 20 µm | |||
| Polybead Polystyrene Microspheres, | Polysciences | 876 | Adult animal mounting |
| 0.1 µm | |||
| Microscope slides | VWR | 631-0902 | Adult animal mounting |
| Cover glass 18×18 mm | VWR | 631-1331 | Embryo/adult mounting |
| Cover glass 24×60 mm | VWR | 631-1339 | Embryo mounting |
| Scalpel | VWR | 233-5455 | Embryo dissection |
| Silicone tubing | VWR | 228-1501 | Tubing for mouth pipette |
| 30 mm PTFE membrane filter | NeoLab | Jul-01 | Filter for mouth pipette |
| Capillary tubes | VWR | 621-0003 | Pipette tip for mouth pipette |
| Vaseline | Roth | E746.1 | Embryo/adult mounting |
| Agar | Roth | 5210.5 | Adult animal mounting |
| Potassium-di-hydrogenphosphate | Roth | P018.2 | M9 buffer |
| Di-sodium- hydrogenphosphate | Roth | P030.2 | M9 buffer |
| Sodium chloride | Roth | 3957.1 | M9 buffer |
| VisiScope Spinning Disc Confocal System | Visitron Systems | n/a | Confocal microscopy |
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