$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Die einfache Bedienung, multiparametric Analyse und hohen Durchsatz des illustrierten WF-NTP-Protokolls (Abbildungen 1 und 2) macht es möglich, sehr kleine Veränderungen im Verhalten der Wurm in gewissem Sinne sehr genau zu bestimmen. Die Image-Plattform basiert auf maßgeschneiderte Opto-Mechanik, und mit einer 6 MP Monochrom Kamera kombiniert mit 16 mm Brennweite mit hoher Auflösung Objektiv für 1''-Sensor, beleuchtet mit 8'' 8'' weiße Hintergrundbeleuchtung montiert werden (siehe Tabelle der Materialien und auch36 für weitere Details). Die damit verbundenen WF-NTP-Software ist in Python geschrieben und wurde entwickelt, um auf Windows-Plattformen ausgeführt werden. Es läuft auf eine benutzerdefinierte zusammengebauten Computer mit 3,00 GHz Octa-Core-Prozessor und 64 GB Arbeitsspeicher (RAM). Die Software wurde auch entwickelt, um die Arbeit und video-Analyse auf Basis der RAM und CPU des Computers zu parallelisieren; d. h., eine Maschine mit einer niedrigeren Leistung Berechnung führt zu weniger Videos laufen parallel. Das Setup verwenden wir derzeit ist optimiert, um die Ausführung bis ca. 16 Videos parallel und kann eine Analyse von ca. 100 Videos über Nacht abgeschlossen. Darüber hinaus ermöglicht die hohe Detailgenauigkeit der Anpassung in die GUI von den WF-NTP-Server zur Verfügung gestellt große Kontrolle über die Qualität der bildgebenden Analyse. Die GUI kann verwendet werden, große Datasets in parallel oder einzelnen Videos direkt hochladen; bestimmte Frames können auch für detaillierte Sub-Analyse, zusammen mit einem Umrechnungsfaktor Pixel ausgewählt werden, die verwendet werden können, um Verhaltensstörungen Metriken zu schätzen. Eine der zwei verschiedenen Tracking-Algorithmen (halten Sie tot und Z-Transformation) kann gewählt werden, je nachdem, ob der Benutzer gelähmte Tiere in der Analyse zu betrachten. Die Schwellwerte Parameter kann dran entsprechend mit dem Video und experimentelle Qualität sein. Das Öffnen und schließen-Parameter erlauben dem Benutzer, das Rauschen zu entfernen und die Schwellwerte Funktionalität weiter durchzuführen. Der skeletonizing-Algorithmus bietet eine alternative Methode der Analyse. Die Objekt Größe Cut-Offs (Filterung) bieten einen zusätzlichen Filter für Hintergrundgeräusche und die Wurm-ähnliche Parameter ermöglicht dem Benutzer zu prüfen, Würmer nur Objekte mit einem Ellipsoid Form, daher die Unterscheidung von anderen Objekten, die die gleiche Pixelgröße des möglicherweise die Würmer. Nach diesen Eingriffen Schwellwerte der resultierenden gekennzeichneten Regionen identifiziert werden können, als einzelne Würmer und die Positionen dieser Regionen sind dann für jeden Frame zur späteren Analyse und Verfolgung gespeichert. Die Exzentrizität der jeweils verfolgten Wurm wird verwendet, um den Wurm Metriken wie das Ausmaß der Wurm biegen (BPM) als Funktion der Zeit zu schätzen. Die Benutzer können auch wählen die Anzahl der Frames verwendet, um einen Wurm in die Erinnerung an die Software nach Kollisionen zu halten, und die Anzahl der Pixel, die ein Wurm zwischen Frames bewegen kann kann auch abgestimmt werden, um die Tiere vor dem Lärm zu unterscheiden. Die minimale Track-Länge-Option ermöglicht dem Benutzer, Würmer zu verwerfen, die für nur ein paar Frames verfolgt worden. Andere wichtige Parameter, wie Kurven und Geschwindigkeit, erlauben dem Benutzer, wählen den Grad der Biegung notwendig als ein Körper-Kurve und die Anzahl der Frames, die benötigt werden, um die Geschwindigkeit der Tiere zu schätzen als gezählt werden. Cut-off Parameter können weiter für die Aufnahme der Gelähmte Tiere abgestimmt werden. Die Ausgabe wird automatisch in die Ergebnisdateien dargestellt. Diese Werte gelten als Obergrenzen für die Bewertung des Anteils der Gelähmte Tiere. Der Benutzer kann auch eine oder mehrere Regionen von Interesse auswählen. Diese Funktion ist besonders nützlich, um Subpopulationen der Würmer zu analysieren und die Ausgabe wird automatisch in den Ergebnisdateien sortiert. Die Ausgabeoption ermöglicht dem Benutzer, wählen die Ausgabe-Ordner und die Anzahl von tracking-Frames, die für sie produziert werden. Verschiedene Tool-Sets können auch für weitere Datenanalyse verwendet werden, wie z. B. das Grundstück Werkzeug "Pfade", das einzelnen Wurm Spuren zeigt und das fingerprinting Tool, das dem Benutzer erlaubt, Fingerabdruck erstellen Karten.
Diese Methodik ermöglicht neue Ansätze verabschiedet werden, nicht nur für biologische Studien von C. Elegans , sondern auch für pharmakologische und medizinische Forschungszwecke wie Hochdurchsatz-Screening von Genveränderungen und medikamentöse Behandlungen. Wir haben dieses Potenzial gezeigt, indem Sie beschreiben die Charakterisierung der Phänotypen für große Bevölkerungsstudien (N > 1000) von Wurm-Modelle Neurodegenerative Erkrankung (frontotemporale Demenz (FTD)39, Parkinson-Krankheit (PD)7 , Alzheimer-Krankheit (AD)16,40, und Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)19 (Abb. 3a) und die Auswirkungen von potenziellen therapeutischen Molekülen mit Wurm-Modellen von PD18 und AD Charakterisierung 15,12 (Abb. 3 b). Zwei kleine Moleküle, wenig18 und Bexaroten15, wurden in Konzentrationen bis zu 25 µM verabreicht, PD (Abb. 3 b) und 10 µM bis AD38 (Abb. 3 b) Würmer, beziehungsweise. Beide Verbindungen zeigten klare Dosis-abhängige Effekte über den Bereich der Konzentrationen getestet. Wir haben gezeigt, dass diese hohe Genauigkeit der Messungen erfolgt durch Erhöhung der Anzahl der Würmer, die analysiert werden können, im Vergleich zu herkömmlichen Methoden (Abb. 3 c). Wir haben die Wichtigkeit des Stichprobenumfangs (Abb. 3 c) molekulare Screening-ebenso wie in Charakterisierung der mutierte Stämme illustriert. Der Anstieg der Temperatur von 20 ° C führt zu etwa der Hälfte der AD Würmer gelähmt nach 3 Tagen des Erwachsenenalters. Wurm-Populationen liefen unter verschiedenen Bedingungen, z. B., , wenn Würmer über 42-Rückstände aus der β-Amyloid-Peptid (Aβ1-42) zum Ausdruck (AD Würmer), dezente Temperaturschwankungen (Abbildung 3 c, Links ausgesetzt waren (Panel), Aβ1-42 ausgedrückt wurde, in den Neuronen (Abbildung 3 c, Mitteltafel), oder wenn AD Würmer Bexaroten (Abbildung 3 c, rechts) ausgesetzt waren. Würmer wurden auch aus kleinen ROIs zufällig aus der volles Sehfeld der Videos mit den WF-NTP-Server (N < 50, gelbe Balken) Hervorhebung des Vergleichs der Motilität dieser Würmer mit der durchschnittlichen Motilität der ganze Wurm Bevölkerung (N erworben analysiert. < 1.000). In den Panels scheint der Unterschied gemessen im großen und ganzen Wurm Bevölkerung statistisch signifikant mit p ≤ 0,0001 (*).
Die hier beschriebenen WF-NTP-Protokoll ermöglicht auch die gleichzeitige Aufnahme von mehreren Parametern (Abbildung 1 b) zu unterstützen, auf eine optimale Weise interne Validierung und die Entwicklung eines umfassenden Fingerabdrucks eine Vielzahl von Bedingungen im Vergleich zu einer Kontrollprobe, damit sinnvolle Vergleiche über mehrere Studien. Dieser Multi-parametrischer Ansatz beinhaltet die gleichzeitige Analyse mehrere Verhaltens Funktionen, einschließlich biegen, Frequenz, Geschwindigkeit, Lähmung Preis, Größe, Biegung Amplitude und Biegung Verschiebung36. Dies ermöglicht Tausende von Tieren im Detail und auf eine sehr hohe Empfindlichkeit und statistische Signifikanz überwacht werden und bietet Möglichkeiten für große Populationen Studien. Diese Tracking-Verfahren hat auch den Vorteil, dass Lähmung Studien Parallel mit anderen Verhaltensstörungen Messungen, ein wesentliches Merkmal in molekulare Screening-Untersuchungen durchgeführt werden.
Die Ergebnisse, die bislang in AD15,34,35 und PD18 Wirkstoffforschung erreicht haben zeigen die Bedeutung der breiten Sichtfeld Datenerfassung beträchtlich erhöhen die Anzahl der Tiere, die sein können überwacht in einem einzigen Experiment, erheblich verringern die experimentellen Fehler und die statistische Validität der Studien erheblich verbessert. Basierend auf diesen Ergebnissen, erwarten wir, dass das WF-NTP-Protokoll, das wir für die Gemeinschaft36verfügbar gemacht, die Verwendung von C. Eleganserheblich erweitert werden.

Bild 1: WF-NTP Analyseschritte und Beispiel eines Fingerabdrucks. (ein) 1. Original-Video. (2) Hintergrundbild. 3. Hintergrund subtrahiert Bild. 4-6. Schnittstellenüberwachung Schritte. 7-9. einheitliche Kennzeichnung von Würmern. (b) mehrere Phänotypen werden mit einem Fingerabdruck für Wildtyp Würmer und Wurm Modelle der PD und AD. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 2: grafische Benutzeroberfläche (GUI) des WF-NTP. Bestimmte Videos und ausgewählte Frames in der GUI für die Analyse ausgewählt werden können, und ein Umrechnungsfaktor Pixel können eingefügt werden, wonach die Analyse wird mit einer der zwei gegebenen Tracking-Algorithmen durchgeführt. Es ist möglich, den Grad der Biegung muß als ein Körper-Kurve sowie die Anzahl der Frames benötigt, um die Geschwindigkeit der Tiere schätzen zählen auswählen. Körper Kurven und Geschwindigkeit Schwellen bestimmen die gelähmten Wurm-Statistiken. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 3: Beispiele für Anwendungen von der WF-NTP-Methode. (ein) Anwendung von WF-NTP in großen Bevölkerungsstudien (N > 1.000) BPM Messungen bei C. Elegans Modelle verschiedener neurodegenerativer Erkrankungen einschließlich FTD, PD, AD, und ALS. (b) Anwendung der WF-NTP in der Wirkstoffforschung. (c) Bedeutung der Bevölkerungsstudien in Mutante Charakterisierung Temperaturempfindlichkeit und Wirksamkeit von Arzneimitteln. Phänotypen von Subpopulationen N < 50 (gelber Balken) sind verglichen mit denen der ganze Wurm Bevölkerung (N < 1.000). Die Fehlerbalken zeigen den Standardfehler des Mittelwertes (SEM). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.