Name: an analytical tool that quantifies cellular morphology changes from three-dimensional fluorescence images
Uploaded: 2012-08-31T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about An Analytical Tool that Quantifies Cellular Morphology Changes from Three-dimensional Fluorescence Images at JoVE.com

Wir danken dem Biological Imaging Development Center (BIDC) University of California, San Francisco für die Nutzung des Imaris, Imaris XT und Matlab. Wir danken V. Kharazia für die technische Unterstützung und AT Henry, LK Floren, L. Daitch für ihre Beiträge zur Bearbeitung des Manuskripts. 1R21DA029966-01 und NIH Fast Track Award an die MLSMR Sammlung SEB, UCSF School of Pharmacy screenen (: Diese Arbeit wurde durch Mittel aus dem US-Bundesstaat Kalifornien Medical Research zum Thema Alkohol &amp; Substance Abuse durch UCSF SEB, die National Institutes of Health unterstützt Dekanat und Klinische Pharmazie) und die School of Medicine (Clinical Pharmacology &amp; Experimental Therapeutics), um CLHK.

Ein. Dreidimensionale morphometrische Analyse von Single-cell phänotypischen Veränderungen <ol><li> Menschliche embryonale Nieren-(HEK293) Zellen wurden mit Hämagglutinin (HA)-Tag Corticotropin Releasing Factor-Rezeptor-2 (CRF-R2), einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor (GPCR), wie zuvor beschrieben, 4, 5. </li><li> Die Zellen wurden unbehandelt gelassen (keine Behandlung, NT), stimuliert mit dem CRF-R2 endogener Ligand, Corticotropin Releasing Factor, CRF (1 pM, 30 min) oder vorbehandelt mit einem selekti...

<ol>
	<li>West, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design-based+stereological+methods+for+counting+neurons.">Design-based stereological methods for counting neurons.</a> Prog, Brain Res. 135, 43-51 (2002).</li><li>Burke, M., Zangenehpour, S., Mouton, P. R., Ptito, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Knowing+what+counts:+unbiased+stereology+in+the+non-human+primate+brain.">Knowing what counts: unbiased stereology in the non-human primate brain.</a> J. Vis. Exp. (27), e1262 (2009).</li><li>Sugawara, Y., Ando, R., Kamioka, H., Ishihara, Y., Honjo, T., Kawanabe, N., Kurosaka, H., Takano-Yamamoto, T., Yamashiro, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+three-dimensional+morphometry+and+cell-cell+communication+of+the+osteocyte+network+in+chick+and+mouse+embryonic+calvaria.">The three-dimensional morphometry and cell-cell communication of the osteocyte network in chick and mouse embryonic calvaria.</a> Calcif. Tissue Int. 88, 416-424 (2011).</li><li>Vickery, R. G., von Zastrow, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distinct+dynamin-dependent+and+-independent+mechanisms+target+structurally+homologous+dopamine+receptors+to+different+endocytic+membranes.">Distinct dynamin-dependent and -independent mechanisms target structurally homologous dopamine receptors to different endocytic membranes.</a> J. Cell Biol. 144, 31-43 (1999).</li><li>Bartlett, S. E., Enquist, J., Hopf, F. W., Lee, J. H., Gladher, F., Kharazia, V., Waldhoer, M., Mailliard, W. S., Armstrong, R., Bonci, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dopamine+responsiveness+is+regulated+by+targeted+sorting+of+D2+receptors.">Dopamine responsiveness is regulated by targeted sorting of D2 receptors.</a> Pro.c Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102, 11521-11526 (2005).</li><li>Gordon, A., Colman-Lerner, A., Chin, T. E., Benjamin, K. R., Yu, R. C., Brent, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-cell+quantification+of+molecules+and+rates+using+open-source+microscope-based+cytometry.">Single-cell quantification of molecules and rates using open-source microscope-based cytometry.</a> Nat. Methods. 4, 175-181 (2007).</li><li>Schock, F., Perrimon, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+mechanisms+of+epithelial+morphogenesis.">Molecular mechanisms of epithelial morphogenesis.</a> Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 18, 463-493 (2002).</li><li>Pincus, Z., Theriot, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+quantitative+methods+for+cell-shape+analysis.">Comparison of quantitative methods for cell-shape analysis.</a> J. Microsc. 227, 140-156 (2007).</li><li>Spiller, D. G., Wood, C. D., Rand, D. A., White, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+single-cell+dynamics.">Measurement of single-cell dynamics.</a> Nature. 465, 736-745 (2010).</li><li>Loo, L. H., Wu, L. F., Altschuler, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image-based+multivariate+profiling+of+drug+responses+from+single+cells.">Image-based multivariate profiling of drug responses from single cells.</a> Nat Methods. 4, 445-453 (2007).</li><li>Yarrow, J. C., Totsukawa, G., Charras, G. T., Mitchison, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Screening+for+cell+migration+inhibitors+via+automated+microscopy+reveals+a+Rho-kinase+inhibitor.">Screening for cell migration inhibitors via automated microscopy reveals a Rho-kinase inhibitor.</a> Chem. Biol. 12, 385-395 (2005).</li></ol>

Wir zeigten, dass CRF Behandlung eine signifikante Veränderung in der Morphologie und Lage der CRF-R2 induziert. Die Veränderung der CRF-R2 wurde durch selektive Antagonisten Behandlung gehemmt. Wir haben gezeigt, dass Rezeptor Modifikationen, die nicht erkannt wurden und kann nicht gemessen werden mit den Standard-2D-multispektralen Techniken. Die Fähigkeit, komplexe 3D-Bilder zu studieren ist kritisch, um die Komplexität der biologischen Parameter für morphometrische Analyse aufzunehmen. Wir waren in der Lage, 3D...

<table border="1"><tbody><tr><td> Name des Reagenzes </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare (optional) </td></tr><tr><td> Menschlichen embryonalen Nierenzellen (HEK293) </td><td> American Type Culture Collection </td><td> CRL-1573 </td><td></td></tr><tr><td> Dulbeccos modifiziertem Eagle Medium (DMEM) </td><td> Invitrogen </td><td> 11965118 </td><td></td></tr><tr><td> Fötales Rinderserum (FBS) </td><td> Invitrogen </td><td> SH30070.03 </td><td></td></tr><tr><td> AlexaFluor-488 (IgG2b) </td><td> Invitrogen </td><td> A-11001 </td><td></td></tr><tr><td> monoklonalen Anti-HA.11 (IgG 1) </td><td> Covance </td><td> 16B12 </td><td></td></tr><tr><td> DAPI </td><td> Vector Laboratories </td><td> H-1200 </td><td>; </td></tr><tr><td> CRF </td><td> Sigma </td><td> C2917 </td><td></td></tr><tr><td> Antisauvagine-30 (AS-30) </td><td> Sigma </td><td> A4727 </td><td></td></tr></tbody></table>

an analytical tool that quantifies cellular morphology changes from three-dimensional fluorescence images

Die häufigsten Software-Analyse-Tools für die Messung der Fluoreszenz Bilder sind für zweidimensionale (2D) Daten, die auf manuelle Einstellungen für die Aufnahme und den Ausschluss von Datenpunkten und computergestützte Mustererkennung, um die Interpretation und die Ergebnisse der Analyse zu unterstützen verlassen. Es wird zunehmend wichtig, in der Lage sein Fluoreszenzbilder von dreidimensionalen (3D) ausgebildet Datensätze zu messen, um in der Lage sein, die Komplexität der zellulären Dynamik zu erfassen und verstehen, die aufgrund von zellulären Plastizität innerhalb biologischer Systeme. Sophisticated Mikroskopie Instrumente der Visualisierung von 3D-Fluoreszenz-Aufnahmen durch den Erwerb von multispektralen Fluoreszenz-Bildern und leistungsstarke Analysesoftware, die die Bilder rekonstruiert aus konfokalen Stacks, die dann eine 3D-Darstellung der gesammelten 2D-Bildern erlaubt. Fortschrittliches Design-based Stereologie Methoden aus der Angleichung und Annahmen des origina fortgeschrittenl Modell-basierte Stereologie 1 auch in komplexen Gewebeschnitten 2. Trotz dieser wissenschaftlichen Fortschritte in der Mikroskopie, bleibt ein Bedarf an einem automatisierten Verfahren, das analytische schöpft die intrinsische 3D-Daten für die Analyse und Quantifizierung der komplexe Veränderungen der Zellmorphologie, Proteinlokalisierung und Rezeptortransport ermöglichen. Aktuelle Techniken zur Verfügung Fluoreszenz-Bildern zu quantifizieren sind Meta-Morph (Molecular Devices, Sunnyvale, CA) und Image J (NIH), die manuelle Analyse liefern. Imaris (Andor Technology, Belfast)-Software bietet das Merkmal MeasurementPro, welche die manuelle Erzeugung von Messpunkten, die in einem Volumen Bild platziert werden können oder auf einem gezogenen Serie von 2D-Slices, um ein 3D-Objekt zu erstellen. Diese Methode eignet sich für Ein-Klick-Punkt-Messungen, um eine Linie zwischen zwei Objekten zu messen oder ein Polygon, das einen Bereich von Interesse umschließt schaffen, aber es ist schwierig, kompl geltenex Zellularnetz Strukturen. Filament Tracer (Andor) ermöglicht die automatische Erkennung des 3D neuronalen fadenähnlicher aber dieses Modul wurde entwickelt, um definierte Strukturen, wie Neuronen, die von Dendriten, Axonen und Stacheln (Baumstruktur) enthalten sind zu messen. Dieses Modul wurde raffiniert Verwendete zu morphologischen Messungen nicht-neuronalen Zellen 3 machen jedoch vorsehen, die Ausgangsdaten mit Informationen von einer ausgefahrenen Zellularnetz unter Verwendung einer Software, die auf einem definierten Zellform anstatt eine amorphe-förmigen zellularen Modell abhängt. Um das Problem zu analysieren amorphe-förmigen Zellen und Bereitstellung der Software besser geeignet, um eine biologische Anwendung zu überwinden, entwickelte Imaris Imaris Cell. Dies war ein wissenschaftliches Projekt mit der Eidgenössischen Technischen Hochschule, die entwickelt wurde, um die Beziehung zwischen Zellen und Organellen zu berechnen. Während die Software ermöglicht die Detektion von biologischen Zwänge, durch Erzwingen einen Kern pro Zelleund Verwenden Zellmembranen Zellen zu segmentieren, kann er nicht verwendet, um Fluoreszenz-Daten, die nicht kontinuierlich, da idealerweise Zelloberfläche baut ohne Hohlräume zu analysieren. Nach unserem Kenntnisstand derzeit kein Benutzer änderbare automatisierten Ansatz, morphometrische Informationen liefert aus 3D-Fluoreszenz-Bildern entwickelt worden, erzielt zellulären räumliche Information einer undefinierten Form (Abbildung 1). Wir haben eine analytische Plattform mit dem Imaris Kern Softwaremodul und Imaris XT Schnittstelle zu MATLAB (Mat Works, Inc.) entwickelt. Diese Tools ermöglichen die 3D-Messung von Zellen ohne eine vordefinierte Form und mit inkonsistenten Fluoreszenz-Netzwerk-Komponenten. Darüber hinaus wird diese Methode können die Forscher die Know-how erweitert haben in biologischen Systemen, aber nicht Vertrautheit EDV-Anwendungen, um eine Quantifizierung der morphologischen Veränderungen in der Zelle Dynamik durchzuführen.

Watch this Scientific Journal Video about An Analytical Tool that Quantifies Cellular Morphology Changes from Three-dimensional Fluorescence Images at JoVE.com

An Analytical Tool that Quantifies Cellular Morphology Changes from Three-dimensional Fluorescence Images

Wir entwickelten eine Software-Plattform, Imaris Neuroscience, ImarisXT und MATLAB, um die Änderungen in der Morphologie einer undefinierten Form von dreidimensionalen konfokale Fluoreszenz einzelner Zellen aufgenommen zu messen verwendet. Dieser neuartige Ansatz kann verwendet werden, um Veränderungen in der Zellform nach Aktivierung des Rezeptors zu quantifizieren und stellt somit eine mögliche zusätzliches Werkzeug für die Wirkstoffforschung.

Ein analytisches Werkzeug, das zelluläre Morphologie Änderungen von Dreidimensionale Fluorescence Images Quantifiziert

The most common software analysis tools available for measuring fluorescence images are for two-dimensional (2D) data that rely on manual settings for ...

Research

JoVE Journal

Biology

Chip-based Three-dimensional Cell Culture in Perfused Micro-bioreactors

Chip-basierte dreidimensionale Zellkultur in perfundierten Micro-Bioreaktoren

We have developed a chip-based cell culture system for the three-dimensional cultivation of cells. The chip is typically manufactured from ...

Forschung

Biologie

Microfabrication of Chip-sized Scaffolds for Three-dimensional Cell cultivation

Microfabrication der Chip-Größe Gerüste für die dreidimensionale Kultivierung der Zellen

Using microfabrication technologies is a prerequisite to create scaffolds of reproducible geometry and constant quality for three-dimensional cell ...

A high-throughput method to globally study the organelle morphology in S. cerevisiae

Ein High-Throughput-Verfahren zur global Studie der Organellen-Morphologie in S. cerevisiae

High-throughput methods to examine protein localization or organelle morphology is an effective tool for studying protein interactions and can help ...

Assembly, Loading, and Alignment of an Analytical Ultracentrifuge Sample Cell

Montage-, Lade-und Alignment einer analytischen Ultrazentrifuge Messkammerdirektanschluss

The analytical ultracentrifuge (AUC) is a powerful biophysical tool that allows us to record macromolecular sedimentation profiles during high speed ...

Changes in Mammary Gland Morphology and Breast Cancer Risk in Rats

Änderungen der Brustdrüsen Morphologie und Breast Cancer Risk in Ratten

Studies in rodent models of breast cancer show that exposures to dietary/hormonal factors during the in utero and pubertal periods, when the mammary gland ...

Isolation of Mammary Epithelial Cells from Three-dimensional Mixed-cell Spheroid Co-culture

Isolierung von Brustepithelzellen aus dreidimensionalen Mixed-Zelle Spheroid Co-Kultur

While enormous efforts have gone into identifying signaling pathways and molecules involved in normal and malignant cell behaviors1-2, much of this work ...

Rapid Analysis and Exploration of Fluorescence Microscopy Images

Schnelle Analyse und Exploration von Fluoreszenzmikroskopie Images

Despite rapid advances in high-throughput microscopy, quantitative image-based assays still pose significant challenges. While a variety of specialized ...

FRET Imaging in Three-dimensional Hydrogels

FRET-Imaging im dreidimensionalen Hydrogelen

Imaging of F&#246;rster resonance energy transfer (FRET)&#160;is a powerful tool for examining cell biology in real-time. Studies utilizing FRET commonly ...

Quantitative Approaches for Studying Cellular Structures and Organelle Morphology in Caenorhabditis elegans

Quantitative Approaches for Studying Cellular Structures and Organelle Morphology in Caenorhabditis elegans

Quantitative Ansätze zur Untersuchung zellulärer Strukturen und Organelle Morphologie in Caenorhabditis elegans

Defining the cellular mechanisms underlying disease is essential for the development of novel therapeutics. A strategy frequently used to unravel these ...

Single-Cell Resolution Three-Dimensional Imaging of Intact Organoids

Single-Cell Resolution Dreidimensionale Bildgebung intakter Organoide

Organoid technology, in vitro 3D culturing of miniature tissue, has opened a new experimental window for cellular processes that govern organ development ...