Method Article
* Estos autores han contribuido por igual
Se crearon dos algoritmos de análisis de imagen, "Drosophila NMJ morfometría" y "Drosophila NMJ Bouton morfometría", para cuantificar automáticamente nueve características morfológicas de la unión neuromuscular Drosophila (NMJ).
la morfología sináptica está estrechamente relacionada con la eficacia sináptica, y en muchos casos los defectos morfológicos sinapsis en última instancia conducir a un mal funcionamiento sináptico. La unión Drosophila larval neuromuscular (NMJ), un modelo bien establecido para las sinapsis glutamatérgicas, ha sido ampliamente estudiado por décadas. La identificación de las mutaciones que causan defectos morfológicos NMJ reveló un repertorio de genes que regulan el desarrollo de sinapsis y la función. Muchos de ellos fueron identificados en estudios a gran escala que se centraron en los enfoques cualitativos para detectar anomalías morfológicas de la Drosophila NMJ. Un inconveniente de los análisis cualitativos es que muchos jugadores sutiles que contribuyen a la morfología NMJ probable que pasan desapercibidos. Mientras que se requieren análisis cuantitativos para detectar las diferencias morfológicas más sutiles, tales análisis no son todavía comúnmente realizan porque son laboriosos. Este protocolo describe en detalle dos algoritmos de análisis de imagen "Drosophila 'Drosophila NMJ Bouton Morfometría', disponible como macros compatibles con Fiji, para el análisis morfométrico cuantitativo, precisa y objetiva de la Drosophila NMJ. Esta metodología se desarrolló para analizar terminales NMJ immunolabeled con los marcadores utilizados comúnmente Dlg-1 y . Brp Además, su aplicación más amplia a otros marcadores como Hrp, Csp y Syt se presenta en este protocolo Las macros son capaces de evaluar nueve características NMJ morfológicas:. zona NMJ, perimetrales NMJ, número de boutons, longitud NMJ, NMJ rama más larga longitud, el número de islas, número de ramas, el número de puntos de ramificación, el número de zonas activas en el terminal NMJ.
Trastornos cognitivos tales como la discapacidad intelectual, trastorno del espectro autista y la esquizofrenia se caracterizan a menudo por una función anormal sináptica 1, 2, 3. morfología Synapse y función están estrechamente entrelazadas; defectos morfológicos pueden causar un mal funcionamiento sináptica y, a la inversa, la transmisión sináptica aberrante impactarán la maduración sináptica y la morfología 4, 5, 6.
Una serie de organismos modelo se han empleado con el fin de entender mejor la biología de la sinapsis y arrojar luz sobre cómo los cambios sinápticos afectan la función cerebral en salud y enfermedad 7, 8, 9. La Drosophila NMJ es una extensamente estudiada y bien establecido modelo in vivo para sy glutamatérgicanapse biología 10, 11. En las últimas décadas, este modelo se ha utilizado para los estudios fisiológicos y centrado genes, así como para las pantallas de genética a gran escala, con el objetivo de detectar diferencias morfológicas entre NMJs. En particular, las pantallas adelante genéticos han identificado muchos reguladores cruciales y mecanismos del desarrollo de sinapsis y la función 12, 13, 14, 15, 16. Sin embargo, la mayoría de estas pantallas se basó en la evaluación visual de la NMJ morfología terminal y en la detección cualitativa de las anormalidades sinápticas o de puntuación semicuantitativa de algunas características morfológicas. Como consecuencia, más sutiles alteraciones morfológicas sinápticas que no son obvias para el ojo humano se pierden fácilmente. Con el fin de poder detectar diferencias cuantitativas forma integral, lasNMJ tiene que ser evaluada con precisión mediante la cuantificación sistemática de los parámetros morfológicos de interés. La medición de características NMJ manual es laborioso, especialmente cuando hay varias características NMJ de interés y / o cuando se realizan pruebas de detección genéticos a gran escala. Para apoyar multiparamétrica, análisis morfológico de alto rendimiento y para lograr la cuantificación objetiva, dos macros "Drosophila NMJ morfometría" y "Drosophila NMJ Bouton morfometría" se desarrollaron 17. Ambas macros se ejecutan en el software de código abierto de análisis de imágenes Fiji 18, y pueden cuantificar ambas imágenes confocal y nonconfocal.
Medidas "Drosophila NMJ morfometría" terminales NMJ inmunoteñidas con el disco postsináptica marcador de gran-1 (Dlg-1) o la peroxidasa de rábano picante presináptica (HRP), co-etiquetados con el Bruchpilot marcador de zona activa (BRP). Cuantifica nueve paráme morfológicaTER (descrito más adelante): área NMJ, perimetrales NMJ, número de boutons, longitud NMJ, NMJ más larga longitud de rama, número de islas, número de ramas, número de puntos de ramificación, el número de zonas activas en la terminal sináptica (Figura 1) . Aunque un algoritmo para determinar el número de boutons está presente en esta macro, que no cumplía con los criterios de exactitud 17. Para evaluar adecuadamente el número de boutons, es necesario utilizar la macro "Drosophila NMJ Bouton Morfometría", que está diseñado específicamente para cuantificar boutons utilizando preparaciones NMJ inmunoteñidas por anti-sinaptotagmina (Syt) o proteína de cadena anti-Cisteína (Csp), y co-immunolabeled con Brp. La macro "Drosophila NMJ Bouton Morfometría" cuantifica los siguientes parámetros: número de boutons, área Bouton NMJ, longitud NMJ, NMJ más larga longitud de la rama, número de islas, número de ramas, el número de puntos de ramificación y el número de zo activones (Figura 2).
Las macros consisten en 3 sub-macros: (I) "Convertir a apilar" identifica todos los archivos de imagen disponibles y crea Z-hyperstacks y proyecciones de máxima intensidad de ambos canales. Como salida, esta macro generará dos nuevos archivos por sinapsis llamada "stack_image_name" y "flatstack_image_name". II) "Definir ROI" se abrirá todas las imágenes de proyección máximos "flatstack_image_name" consecutivamente y presentarlos con la solicitud para definir manualmente la región de interés (ROI) en el que está presente el terminal sináptica específica de interés. Esto se implementó para permitir la exclusión de las sinapsis que conectan a los músculos adyacentes y / u otros tipos de terminales sinápticas (tales como 1s) que pueden estar presentes en las imágenes 11. (III) "Analizar" se aplica totalmente automatizado análisis a todas las regiones de las imágenes dentro de las fronteras de la ROI. Comoresultado de este paso, el usuario obtendrá dos nuevos archivos: "results.txt", donde se anotarán toda la medición numérica y un "res_image_name.tif", donde se ilustrarán las segmentaciones imagen subyacente producidos por la macro. Durante el análisis de imagen tres estructuras se derivan de cada terminal sináptica: el contorno NMJ, el esqueleto NMJ, y el número de zonas activas Brp-positivos. El contorno NMJ se utiliza para determinar el área NMJ y su perímetro y una separación de cuencas posterior proporciona el número de boutons. Desde el esqueleto, cinco características NMJ se deducen: la longitud total NMJ, la suma de la longitud de la trayectoria continua más larga que conecta dos puntos finales (la más larga longitud de la rama), el número de compartimentos no conectados por NMJ (referido como "islas" ), el número de ramas, y el número de puntos de ramificación (un punto de ramificación conecta tres o más ramas). El número de zonas activas se determina en el Brp canales contandomanchas BRP-positivas. El esquema anotado NMJ (línea amarilla), el esqueleto NMJ (línea azul), y el número de zonas activas Brp-positivos (indicados por focos blanco) se visualizan en un cuadro los resultados y las medidas de los parámetros se procesan a una (. txt) archivo de salida (Figura 3).
Drosophila NMJ Morfometría" y 'Drosophila NMJ Bouton Morfometría' se describieron primero y extensamente validados por Nijhof et al. 17. Este manuscrito se centra en la metodología de análisis de la morfología NMJ usando las macros 'Drosophila NMJ morfometría' y 'Drosophila NMJ Bouton morfometría'. Sin embargo, antes de los análisis macro-asistida, disecciones NMJ y immunostainings deban llevarse a cabo. Estos son pasos cruciales, y la combinación de marcadores utilizados para inmunohistoquímica tiene que ser adecuado para los análisis de macro. Estos pasos se mencionan brevemente en sEcción 1 de este protocolo y dirigir al usuario a referencias que describen en detalle los protocolos para ejecutar estos procedimientos.
1. Requisitos Antes de Procesamiento de Imágenes
2. Requisitos e instalación de software
3. Ejecutar Sub-macro "Convertir a la pila" para crear Z-proyecciones y Hyperstacks de las Imágenes NMJ
4. Ejecutar Sub-macro "Definir ROI" para aislar el terminal NMJ de interés
5. Ejecutar Sub-macro "Analizar" para cuantificar Características NMJ Terminal
6. Ajustar la configuración de macro para las Imágenes
El archivo de resultados de texto aparecerá en el directorio principal. En él se resumen todos los parámetros medidos por imagen. Los resultados están relacionados con el nombre de archivo y, posteriormente, los parámetros se resumen en el orden indicado en las tablas 1 y 2.
Res_image_name es una pila de tres imágenes. La primera imagen pone de relieve el contorno y el esqueleto del terminal NMJ determinado por la macro basado en el canal 1 (inmunomarcaje Dlg-1, Hrp, Syt, o Csp). La segunda imagen es una copia de la primera imagen y, además, muestra los puntos BRP-positivos identificados que se detectan en el canal 2 como focos esquematizada. La tercera imagen proporciona la máxima proyección del segundo canal junto con focos Brp-positivos identificados.
El umbral de contorno NMJ está representado en amarillo la imagen resultado de salida macro en. NMJ área, PerimEter y el número de boutons se deduce de este umbral.
El umbral esqueleto NMJ se representa en azul la imagen resultado de salida macro en. NMJ longitud, el más largo longitud de la rama, número de sucursales, puntos de ramificación y las islas se deduce de este umbral.
El umbral de zonas activas NMJ no está representada la imagen resultado de salida macro en. Este umbral determina el área en la que los focos Brp-positivo podría potencialmente ser encontradas por el macro. Tiene el propósito de crear un área NMJ que es ligeramente más grande que el umbral definido por el esquema NMJ. Cuando se selecciona un umbral demasiado restrictivo, focos Brp-positiva situada en el margen de la sinapsis puede ser excluido. Cuando el umbral es demasiado permisiva, ruido de fondo puede ser contado como Brp-positivo manchas (Figuras 1 - 2).
para validate el rendimiento de la macro "Drosophila NMJ Morfometría", se ensayaron tres condiciones mutantes que ya fueron descritos por presentar defectos sinápticos en diferentes parámetros NMJ. Cada defecto fue detectado por un procedimiento de segmentación de imágenes diferente realizada por el macro (contorno NMJ, zonas esqueleto o activas, respectivamente 17). Después de la orientación de los tres genes de interés por inducible RNAi y disecciones escénicas y NMJ inmunotinción de larvas L3, se ejecuta la macro. Las mediciones morfológicas NMJ obtenidos fueron luego por parejas (RNAi frente a su control) en comparación utilizando una prueba t. En los tres casos, se encontraron diferencias estadísticas entre los mutantes y controles que afectan a parámetros que están de acuerdo con los defectos morfológicos previamente comunicados. Esto confirma que las macros son de hecho capaces de identificar adecuadamente los defectos descritos anteriormente en la Drosophila NMJ.
Ankyrin 2 (ANK2, CG42734) mutantes son conocidos para mostrar defectos morfología sinápticas, incluyendo boutons fusionados y NMJs más pequeñas. Se observaron Estos defectos para los mutantes ANK2 24, 25 y ANK2 knockdown moscas 26. Terminales NMJ de pan-neuronales Ank2- RNAi moscas desmontables (w; UAS-Dicer-2 / UAS-ANK2 RNAi KK107238; elav-Gal4 / +) mostraron significativamente menor área NMJ (media = 339,25 m 2; prueba t p = 2,18 x 10 -8) y el perímetro (media = 238,24 m; prueba t p = 1,82 x 10 -3), en comparación con el conjunto de datos genética control de fondo (w; UAS-Dicer-2 / UAS-KK60100; elav-Gal4 / + ) (media = 451,95 m 2 y media = 288,62 m, respectivamente) después de ejecutar "Drosophila NMJ Morfometría" (Figuras 6A y 4B).
La GTPasa Rab3 (CG7576) se requiere para la correcta distribución Bruchpilot y el mutante rup presenta con un número significativamente reducido de zonas activas 27. Se observó una disminución significativa en el número de zonas activas en la medición de focos Brp-positiva por la macro "Drosophila NMJ Morfometría" en terminales NMJ de moscas desmontables Rab3 pan-neuronales (w; UAS-Dicer-2 / UAS-RNAi KK100787; elav Gal4). El número medio de zonas activas por terminal NMJ en Rab3 -RNAi era 138 en contraste con 290 detectada en el conjunto de datos de control (/ +) de la prueba t p = 4,43 x 10 -29) (figuras 6A y 4C).
Highwire (hiw, CG32592) es un importante regulador del crecimiento NMJ; hiw mutaciones en gen conducen a un crecimiento excesivo y se extendieron ramificación de los terminales 28 NMJ. Medición de terminales NMJ de neuronal pan-line knockdown hiw -RNAi (w; UAS-Dicer-2 / UAS-RNAi-GD36085; elav-Gal4 / +) con "Drosophila NMJ Morfometría", se observaron diferencias significativas en los parámetros de esqueleto derivadas de: longitud (media = 147,36 m; control de media = 122,07 m; t -test p = 7,31 x 10 -7), la más larga longitud de la rama (media = 122,19 m; control de media = 105,65 m; prueba t p = 4,62 x 10 -4) número de ramas (media = 7,69; controlar media = 5,74; prueba t p = 2,52 x 10 -2) y el número de puntos de ramificación (media = 2,73; controlar media = 1,79; prueba t p = 3,31 x 10 -2). Todos estos parámetros se incrementaron significativamente (120 - 180%) en comparación con los controles de fondo genético (w; UAS-Dicer-2 / UAS-GD60000; elav-Gal4 / +) (Figuras 6A y 4D).
Figura 1: Drosophila _NMJ_Morphometrics Medidas 9 Parámetros de la DrosophiLa unión neuromuscular. A la izquierda están Dlg-1 y Brp immunolabeled terminales NMJ, imágenes en un microscopio de fluorescencia con ApoTome. A la derecha están las imágenes de resultado después de ejecutar "Drosophila NMJ Morfometría". Parámetros de área, perímetro y boutons están representados por el esquema de color amarillo macro-anotada indicado. longitud parámetros, la más larga longitud de la rama (LBL), sucursales, puntos de ramificación, y las islas son presentados por el contorno azul macro-anotada. focos inmunomarcadas-Brp (zonas activas) están representados por la macro como manchas blancas en las imágenes de resultado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Drosophila NMJ Bouton Morfometría Medidas 8 Parámetros de la Drosophila NMJ. A la izquierdason SYT-1 y Brp immunolabeled terminal de NMJ, captación de imagen sobre un microscopio de fluorescencia con ApoTome. A la derecha están las imágenes de resultado después de ejecutar "Drosophila NMJ Bouton Morfometría". Parámetros boutons y área de Bouton están representados por el contorno amarillo macro-anotada. longitud parámetros, la más larga longitud de la rama (LBL), sucursales, puntos de ramificación, y las islas son presentados por el contorno azul macro-anotada. focos inmunomarcadas-Brp (zonas activas) están representados por la macro como manchas blancas en las imágenes de resultado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Gráfico de flujo que representa Drosophila NMJ Morfometría y Drosophila NMJ Bouton Morfometría Macros. La primera sub-macro "Convertir to pila" crea proyecciones y hyperstacks de los NMJs fotografiadas. El segundo sub-macro 'Definir ROI' requiere la introducción manual que define la ubicación del terminal NMJ de interés. Sub-macro tres, 'Analizar', las medidas de todos los parámetros NMJ. Un texto archivo que contiene los valores cuantitativos y un archivo de imagen resultante que representa la delimitación de los parámetros se creó para ayudar a la evaluación del usuario del desempeño macro. Cuando las imágenes se adquieren en diferentes condiciones, los valores de la macro tienen que ser probado y ajustado para garantizar un análisis preciso. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: Ejemplos de inapropiados resultados de la segmentación de macros. Imágenes de Resultados después de ejecutar "Drosophila NMJ Morphometrics" o 'Drosophila NMJ Bouton Morfometría'. Las partes de la terminal sináptica no están incluidos en el esquema de color amarillo (A). Las partes de la de fondo se incluyen en la terminal sináptica por el contorno amarillo (B). línea esqueleto azul se extiende más allá de la terminal sináptica. (C - D) se detectan Demasiados zonas activas (E - E '). Algunas zonas activas permanecen sin ser detectados por el análisis (G - G'). las zonas activas se detectan fuera de la sinapsis (F) Bouton incorrecta segmentación. (Sólo aplicable cuando se ejecuta Drosophila NMJ Bouton Morfometría), boutons se pierden (H) o demasiadas boutons son detectados por la segmentación (I). las partículas a tales cristales o polvo que son parte del fondo están incluidos en la segmentación (J) . Información de cómo cambiar la configuración para evitar estos errores se proporcionan en la Tabla 3 . Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: Ejemplos de ajustes-ajuste macro y sus consecuencias para la segmentación de imágenes. (A) Reste fondo vista previa de una sinapsis immunolabeled Dlg-1, captación de imagen sobre un microscopio de fluorescencia con ApoTome, cuando "Rolling radio de la bola" se establece en 20 (A) o 500 (A'). (B) Las imágenes de salida obtenidos después de correr Imagen | Ajuste | Auto-Umbral | Trate toda la imagen ilustra segmentaciones de imagen obtenidos por los 16 diferentes algoritmos de umbral automático. (C) "Encuentra Maxima" vista previa cuando la creación de "tolerancia de ruido" en 50 (C) y 500 (C'); C.Azonas tivos que son detectados por la segmentación son etiquetados por una pequeña cruz. (D) Medición de las "partículas pequeñas" que aparecen en el fondo de la imagen de una sinapsis immunolabeled con anti-HRP, captación de imagen sobre un microscopio confocal. (E) de proyección "rebanadas Sum" obtiene de la 2_active_zone_stack_ima-ge_name. Umbral se fija en 400 (E) y en 50 (E'). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6: Evaluación Macro y cuantificación de NMJs en las imágenes Muscle 4. (A) Resultados después de ejecutar macro "Drosophila NMJ Morfometría" en Dlg-1 y Brp immunolabeled terminales NMJ. área de parámetros, perímetro y Boutons están representados por el esquema de color amarillo-macro anotada. longitud parámetros, la más larga longitud de la rama (LBL), sucursales, puntos de ramificación, y las islas son presentados por el contorno azul macro-anotada. focos inmunomarcadas-Brp (zonas activas) están representados por la macro como manchas blancas en las imágenes de resultado. La barra de escala indica 20 m. (B) Ankyrin2 RNAi desmontables presentan un área NMJ más pequeño y el perímetro comparación con los controles antecedentes genéticos. (C) Rab3 knockdown resultó en NMJs con un menor número de zonas activas Brp-positivas en comparación con los controles de antecedentes genéticos. (D) knockdown Highwire resultó en más largo, mayor longitud más larga rama, más ramificada y con puntos de ramificación más por terminales NMJ en comparación con NMJs control de fondo genéticos. Las barras de error indican SEM, ** p <0,01, dos T-test de cola. Por favor, haga clic en élvolver a ver una versión más grande de esta figura.
Parámetro | estructura NMJ | Explicación |
Área (μm2) | contorno NMJ | El área de la NMJ marcado completa |
Perímetro (m) | contorno NMJ | El perímetro que pertenece a la zona |
#Boutons | contorno NMJ | El número de botones sinápticos ( 'perlas en una cuerda') de la UNM |
Longitud (m) | Esqueleto | La longitud total de la completa terminal de NMJ |
Más larga longitud de la rama (m) | Esqueleto | La suma de la longitud de la trayectoria continua más larga que la conexión de cualquiera de los dos puntos finales de la NMJ |
#RamaES | Esqueleto | El número total de ramificaciones |
puntos #Branching | Esqueleto | El número de puntos de ramificación (varias ramas puede derivar de un punto de ramificación) |
#Islands | Esqueleto | El número de compartimentos sinápticas DLG1-positivos no conectados (o cualquier otro tinción) |
zonas #Active | manchas BRP-positivo | El número de zonas activas, basado en tinción Brp |
Tabla 1: Parámetros medidos por NMJ "Drosophila NMJ Morfometría". Los parámetros NMJ medidos por el macro "Drosophila NMJ Morfometría" aparecerán como una lista en el archivo de texto obtenida, siguiendo el orden descrito en esta tabla. Esta tabla se reproduce desde Nijhof et al. 17
Parámetro | estructura NMJ | Explicación |
boutons | contorno NMJ | El número de botones sinápticos ( 'perlas en una cuerda') de la UNM |
área de Bouton | contorno NMJ | El área total de todos los boutons |
Longitud (m) | Esqueleto | La longitud total de la completa terminal de NMJ |
Más larga longitud de la rama (m) | Esqueleto | La suma de la longitud de la trayectoria continua más larga que la conexión de cualquiera de los dos puntos extremos de la NMJ |
#Branches | Esqueleto | El número total de ramificaciones |
puntos #Branching | Esqueleto | The número de puntos de ramificación (varias ramas puede derivar de un punto de ramificación) |
#Islands | Esqueleto | El número de compartimentos sinápticas DLG1-positivos no conectados (o cualquier otro tinción) |
zonas #Active | manchas BRP-positivo | El número de zonas activas, basado en tinción Brp |
Tabla 2: Parámetros medidos por NMJ "Drosophila NMJ Bouton Morfometría". Los parámetros NMJ medidos por el macro "Drosophila _Bouton_NMJ_Morphometrics" aparecerán como una lista en el archivo de texto obtenida, siguiendo el orden descrito en esta tabla. Esta tabla se reproduce desde Nijhof et al. 17
Segmentación | Errores observados | Ejemplo | ajustes requeridos | |
Área NMJ y el perímetro (Representado por contorno amarillo imagen resultante) | Las partes de la terminal sináptica, o bien no están incluidas en el esquema de color amarillo o partes del fondo están incluidos en la terminal sináptica se indica en amarillo. | Figura 5A-B | Ajustar el valor 'Rolling Ball Radio'. Véase la sección 6.1. | Ajuste 'umbral esquema NMJ'. Véase la sección 6.2. |
los parámetros relacionados con la longitud NMJ (representada por la línea esqueleto azul imagen el resultado en) | línea esqueleto azul o bien se extiende más allá o no está presente a lo largo de toda la terminal sináptica. | Figura 5C-D | Ajustar el valor 'Rolling Ball Radio'. Véase la sección 6.1. | Ajuste 'umbral esquema NMJ'. Véase la sección 6.2. |
puntos lagrimales BRP-positivos (representados por puntos de imagen en los resultados) | se detectan demasiadas zonas activas. | Figura 5E-E' | Disminuir el valor 'Encuentra tolerancia de ruido máximos'. Véase la sección 6.5. | |
puntos lagrimales BRP-positivos (representados por puntos de imagen en los resultados) | Las zonas activas se pierden por el análisis. | Figura 5G-G' | Aumentar el valor 'Encuentra tolerancia de ruido máximos'. Véase la sección 6.5. | Disminuir 'umbral más bajo BRP-puntos lagrimales'. Ver sección 6.6. |
puntos lagrimales BRP-positivos (representados por puntos de imagen en los resultados) | artefactos zona activa se detectan exterior de la terminal sináptica. | Figura 5F | Ajustar la sección 'Activo umbral de Zona' 6.2. | Aumentar 'umbral más bajo BRP-puntos lagrimales'. Ver sección 6.6. |
Las partículas pequeñas | Partículas tales unos cristales o polvo que forman parte de los antecedentes parecen estar incluido en la segmentación. | Figura 5J | Seleccione la casilla 'Eliminar las partículas pequeñas'. Ver sección 6.3. | Determinar las partículas pequeñas de tamaño máximo. Ver sección 6.3. |
segmentación Bouton | segmentación incorrecta Bouton (Sólo aplicable a Drosophila NMJ Bouton Morfometría y no utilice Drosophila NMJ Morfometría para la segmentación Bouton). | Figura 5H-I | Ajuste 'umbral esquema NMJ'. Véase la sección 6.1. | Determinar 'Bouton tamaño mínimo'. Véase la sección 6.4. |
Tabla 3: Solución de problemas Guía para los diferentes tipos de errores en la segmentación de imágenes que se pueden producir por las macros. Esta tabla describe los diferentes tipos deerrores de segmentación de imágenes producidas por las macros. Estas pueden ser fácilmente detectados en las imágenes de los resultados. Ejemplos de cada tipo de error se muestran en la Figura 4. En la sección "ajustes" de la tabla, los parámetros que necesitan ser ajustados están resaltados, y el usuario se somete a la sub-etapa crítica de la sección 6, que describen cómo ajustar estos valores.
"Drosophila NMJ Morfometría" y "Drosophila NMJ Bouton Morfometría" son herramientas poderosas para los investigadores interesados en la evaluación de la morfología de la sinapsis. evaluación manual de los parámetros NMJ es laborioso; se estima que las macros se ahorrarían un investigador experimentado hasta 15 min / NMJ pasó en la segmentación manual de imagen. Con una o dos docenas de sinapsis evaluados por condición o genotipo, esto resume rápidamente hasta una cantidad considerable de tiempo ahorrado, incluso en estudios a pequeña escala. Al realizar grandes pantallas, la ganancia de la utilización de análisis de alto rendimiento, en comparación con la evaluación manual y la cuantificación, puede ser inmensa. Además de un mayor rendimiento, los macros proporcionan fácilmente análisis objetivo; excluyen a los prejuicios personales que de otra forma requieren experimentos ciegos, así como las diferencias interpersonales que se producen cuando varios investigadores participan en el análisis. Por último, las macros proporcionan una una sensible y precisoÁLISIS de características NMJ, lo que permite la identificación de reguladores sinápticas que causan más sutil que defectos NMJ dramáticos y hasta ahora han permanecido poco apreciado por el ojo del investigador. La información detallada sobre los procedimientos de validación y los algoritmos utilizados en las macros se encuentran en la publicación Nijhof et al. 17.
La funcionalidad de los macros se ha validado para medir apropiadamente características morfológicas de Drosophila melanogaster NMJs en músculo 4. Posteriormente, se demostró que las macros también eran adecuados para analizar las sinapsis en otros músculos en este organismo. Es probable que las macros también se pueden usar para medir los parámetros morfológicos de NMJ con estructura similar en otras especies, incluyendo otras especies de Drosophila y otros insectos. Incluso NMJs muy distantes en la evolución, por ejemplo, NMJs de ratones, muestran una conformación estructural bastante similar 29. Las macros no se han probado en los preparativos NMJ de otras especies, pero los usuarios potenciales se les anima a probar las macros para tales fines.
Es muy importante que el usuario explora los diferentes umbrales de automóviles y algoritmos para definir / seleccionar los ajustes de macro más adecuados para las imágenes. Con estos ajustes, se logra una precisión de aproximadamente el 95% cuando la evaluación macro se comparó con la evaluación manual. Ajuste de los valores de la macro a adecuadamente segmento 100% de las imágenes puede ser un procedimiento muy laborioso o incluso imposible. Por lo tanto, la exclusión de las imágenes no segmentados correctamente se recomienda si su número es inferior al 5%. Evidentemente, si la calidad de las imágenes es baja, las macros se generan mayores proporciones de segmentaciones imagen insatisfactorios. Las imágenes de baja calidad influirán de manera similar la evaluación manual y por lo tanto no pueden ser ligada a la evolución de las macros. No obstante las macros son bastante robusta ya que fueron diseñados para una imagenS generada en un microscopio de alta contenido (un microscopio de fluorescencia automatizado que permite obtener imágenes de gran número de muestras) 17.
Un punto crítico es que el usuario inspecciona visualmente todas las imágenes resultado generado por las macros. Esto permitirá detectar y excluir las imágenes con la segmentación insatisfactorio. En la sección 6 de este protocolo, el usuario es guiado cómo ajustar la configuración de la segmentación de imagen correcta cuando se ejecuta el sub-macro "Analizar". Para familiarizarse rápidamente con los requisitos de las macros y cómo ajustar los valores de la macro una carpeta llamada "Examples_adjusting valores de la macro" está incluido en el repositorio de https://figshare.com/s/ec634918c027f62f7f2a macro. Trece subcarpetas, cada uno con ejemplos de imágenes obtenidas en diferentes plataformas de microscopio (microscopios alto contenido / confocal / fluorescencia) y diferentes immunostainings, se proporcionan. Un PDF titulado “guía Ejemplos” se incluye en el mismocarpeta en la que se proporcionan los ajustes requeridos para cada ejemplo, junto con un documento de texto que proporciona los resultados esperados y los resultados de las imágenes.
Las macros se han diseñado para procesar las imágenes guardadas como archivos separados .tiff, sin embargo, algunos usuarios podrían haber salvado sus imágenes en un formato diferente. La siguiente página web https://figshare.com/s/ec634918c027f62f7f2a 21 contiene una carpeta con el nombre "Drosophila NMJ" donde tres archivos de ejemplo (Ejemplo 1 - 3) y la "Guía de ejemplos" de documentos con instrucciones detalladas de cómo importar imágenes en la macro si no se almacenan como archivos separados .tiff también se pueden encontrar en la misma carpeta.
En conjunto, las macros "Drosophila NMJ Morfometría" y "Drosophila NMJ Bouton morfometría" cuantificar diez diferentes características NMJ: área NMJ, perímetro NMJ, número de boutons, área Bouton NMJ, longitud NMJ, NMJ más larga que la longitud de la rama, número de IslaNDS, número de ramas, el número de puntos de ramificación y el número de zonas activas. Esto proporciona una gran ventaja sobre las herramientas disponibles hasta ahora que pueden evaluar sólo una o algunas de sus funciones sinápticas 30, 31. Análisis cuantitativo Multiparámetrico lleva un gran potencial para nuevos descubrimientos, por ejemplo, para identificar nuevos reguladores que controlan uno hasta numerosos aspectos de la biología sinapsis. También proporciona la resolución necesaria para determinar los genes que correguladores de exactamente las mismas o superposición de las características NMJ y por lo tanto es probable que operar en vías moleculares comunes. Por último, se abre la posibilidad de investigar cómo los diferentes parámetros sinápticos se correlacionan entre sí en condiciones inalteradas 17 y aseguran que los genes tales correlaciones morfométricos coordinados.
En su conjunto, este protocolo se ilustra cómo utilizar las dos macros "Drosophila NMJ Morfometría" y"Drosophila NMJ Bouton Morfometría", que realizan la cuantificación objetiva y sensible de diez características morfológicas NMJ en una forma de alto rendimiento.
Los autores no tienen conflictos de intereses a revelar.
Reconocemos el centro de Centro de Recursos de Drosophila Viena y Bloomington Drosophila (NIH P40OD018537) para proporcionar cepas de Drosophila. Agradecemos a Jack Fransen desde el Centro de Imagen microscópica de apoyo de expertos en imágenes. Este estudio fue apoyado por becas VIDI y superior (917-96-346, 912-12-109) de la Organización Holandesa para la Investigación Científica (NWO), por dos becas de doctorado / Universidad de Radboud DCN Medical Center, por el Retraso Mental Red Alemana financiado por el programa NGFN + del Ministerio Federal alemán de Educación e Investigación (BMBF) y por Gencodys de la Unión Europea 7PM gran escala integrados de red (SALUD-241995) a AS. Los donantes no tenía papel en el diseño del estudio, la recogida y análisis de datos, decisión a publicar, o la preparación del manuscrito.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Immunostaining | 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 |
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