TACI: Ein ImageJ-Plugin für die 3D-Calcium-Imaging-Analyse

Alisa A. Omelchenko; Hua Bai; Sibtain Hussain; Jordan J. Tyrrell; Mason Klein; Lina Ni

doi:10.3791/64953

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Methodenartikel

TACI: Ein ImageJ-Plugin für die 3D-Calcium-Imaging-Analyse

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DOI:

10.3791/64953

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16. Dezember 2022

Alisa A. Omelchenko¹^,² , Hua Bai¹ , Sibtain Hussain¹ , Jordan J. Tyrrell¹^,³ , Mason Klein⁴ , Lina Ni¹

¹School of Neuroscience, Virginia Polytechnic Institute and State University, ²CMU-Pitt Joint Computational Biology, School of Medicine, University of Pittsburgh, ³Eastern Virginia Medical School, ⁴Department of Physics, University of Miami

In diesem Artikel

Zusammenfassung

TrackMate Analysis of Calcium Imaging (TACI) ist ein Open-Source-ImageJ-Plugin für die 3D-Calcium-Imaging-Analyse, das die Bewegung auf der z-Achse untersucht und den Maximalwert jedes Z-Stapels identifiziert, um die Intensität einer Zelle zum entsprechenden Zeitpunkt darzustellen. Es kann Neuronen trennen, die sich in lateraler (x / y) Richtung, aber auf verschiedenen Z-Ebenen überlappen.

Zusammenfassung

Die Forschung in den Neurowissenschaften hat sich dahingehend entwickelt, dass komplexe Bildgebungs- und Berechnungswerkzeuge verwendet werden, um umfassende Informationen aus Datensätzen zu extrahieren. Die Kalziumbildgebung ist eine weit verbreitete Technik, die eine ausgeklügelte Software erfordert, um zuverlässige Ergebnisse zu erhalten, aber viele Labore haben Schwierigkeiten, Berechnungsmethoden anzuwenden, wenn sie Protokolle aktualisieren, um modernen Standards zu entsprechen. Schwierigkeiten entstehen durch mangelnde Programmierkenntnisse und Paywalls für Software. Darüber hinaus zeigen die interessierenden Zellen während der Kalziumbildgebung Bewegungen in alle Richtungen. Es wurden viele Ansätze entwickelt, um die Bewegung in lateraler (x/y) Richtung zu korrigieren.

In diesem Artikel wird ein Workflow beschrieben, bei dem ein neues ImageJ-Plugin, TrackMate Analysis of Calcium Imaging (TACI), verwendet wird, um Bewegungen auf der z-Achse in der 3D-Calcium-Bildgebung zu untersuchen. Diese Software identifiziert den maximalen Fluoreszenzwert aus allen Z-Positionen, in denen ein Neuron erscheint, und verwendet ihn, um die Intensität des Neurons an der entsprechenden T-Position darzustellen. Daher kann dieses Werkzeug Neuronen trennen, die sich in lateraler (x/y) Richtung überlappen, aber auf unterschiedlichen z-Ebenen erscheinen. Als ImageJ-Plugin ist TACI ein benutzerfreundliches Open-Source-Berechnungswerkzeug für die 3D-Kalzium-Bildgebungsanalyse. Wir validierten diesen Workflow mit thermosensitiven Neuronen von Fliegenlarven, die Bewegungen in alle Richtungen während der Temperaturschwankung zeigten, und einem 3D-Kalzium-Bildgebungsdatensatz, der aus dem Fliegengehirn aufgenommen wurde.

Einleitung

Der intrazelluläre Calciumspiegel ist ein präziser Marker für die neuronale Erregbarkeit. Die Calcium-Bildgebung misst die Veränderungen des intrazellulären Calciums, um die neuronale Aktivität zu verstehen¹. Studien in den Neurowissenschaften haben diese Methode aufgrund der Entwicklung von Techniken zur Messung der intrazellulären Kalziumkonzentration, einschließlich genetisch kodierter Kalziumindikatoren (GECIs), wie GCaMP^2,3, die durch genetische Ansätze nichtinvasiv in bestimmten Gruppen von Neuronen exprimiert werden können^, zunehmend verwendet. Die geringeren Kosten für Laser und....