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Gli ommatidi di Drosophila costituiscono un sistema utile per lo studio di varie funzioni biologiche e malattie genetiche. La regolarità degli ommatidi è una buona misura per esaminare l'effetto delle mutazioni genetiche4. Anche se esistono diversi metodi per calcolare la regolarità ommatidiale, come la classificazione manuale, questi metodi possono essere fortemente distorti. Per superare questo approccio distorto, sono stati sviluppati strumenti semiautomatici 1,11.
Per una quantificazione oculare accurata, la preparazione e l'impostazione della mosca devono essere ottimizzate. Anche se comprendiamo che ogni laboratorio avrà la sua configurazione, stiamo fornendo la seguente configurazione nel nostro laboratorio per dare ai lettori un'idea su come preparare le mosche per l'acquisizione delle immagini. Le mosche vengono congelate e conservate a -80 °C. Abbiamo utilizzato un campione di 3 perché, nella nostra esperienza, quando GMR-GAL4 è combinato con la mutazione S81L, c'è pochissima variazione tra la popolazione. Tuttavia, tieni presente che la dimensione del campione deve essere regolata per eseguire il test di significatività dell'ipotesi nulla. Per montare le mosche per l'acquisizione dell'immagine, la testa della mosca poggia su un foglio di carta molto piccolo che funge da cuscino in modo che il centro dell'occhio sia all'incirca il piano focale (Figura supplementare S1). Il nostro laboratorio utilizza un microscopio Z-stack e una fotocamera (vedi Tabella dei materiali) in quanto produce immagini complessivamente più chiare, consentendo la migliore visualizzazione dell'intero occhio poiché l'occhio di mosca è a forma di cupola. Tuttavia, la funzione Z-stack non è un requisito per questo protocollo, poiché abbiamo utilizzato con successo questo metodo con uno stereomicroscopio più vecchio senza la funzione Z-stack13. La ghiera della luce anulare per la luminosità è ruotata non più di 1/4 verso l'alto per evitare la sovraesposizione. Lo spessore totale dei nostri campioni varia tra 300 e 450 micron.
In questo studio, abbiamo dimostrato che l'analisi degli occhi di mosca con ilastik e Flynotyper genera risultati di quantificazione degli ommatidi imparziali e affidabili. Abbiamo analizzato i pattern di Drosophila ommatidia utilizzando ilastik, uno strumento di analisi delle bioimmagini basato sull'apprendimento automatico, per marcare gli ommatidi, e poi Flynotyper, un metodo computazionale utilizzato per misurare la regolarità degli ommatidi 1,11. Preferiamo utilizzare una luce anulare per ottenere immagini per una migliore valutazione qualitativa. Tuttavia, questo approccio non consente a Flynotyper di produrre risultati quantitativi utilizzando queste immagini. Pertanto, ilastik è implementato per pre-elaborare queste immagini e queste immagini elaborate sono state utilizzate con successo con Flynotyper per produrre risultati quantitativi. Quando le immagini non sono state pre-elaborate con ilastik prima di Flynotyper, i punteggi P complessivi erano simili tra occhi non degenerativi e degenerativi. Ciò evidenzia l'importanza di utilizzare ilastik per primo quando si implementa una luce anulare per ottenere risultati quantitativi.
Ci sono alcune limitazioni nei nostri metodi. Le impostazioni in ilastik possono variare notevolmente e possono portare a dati non significativi. Ad esempio, abbiamo eseguito un'altra serie di analisi utilizzando le stesse immagini, ma abbiamo regolato il valore sigma in primo piano in ilastik a 2,5 invece di 5. Ciò ha comportato una perdita di sensibilità nei fenotipi moderatamente degenerativi (Figura S2 e Tabella S1). Un'altra limitazione è la perdita di sensibilità agli occhi con troppa degenerazione. Rispetto ad un occhio 3x_S81L, un occhio con chiazze necrotiche è qualitativamente molto più degenerato. Tuttavia, il P-Score medio per 3x_S81L occhi era 60,2, mentre il P-score medio per gli occhi con chiazze necrotiche era 60,9. Pertanto, anche gli occhi con troppa degenerazione, come le chiazze necrotiche, possono causare perdita di sensibilità (Figura supplementare S3).
Un passaggio critico di questo protocollo è la selezione di un'immagine standard appropriata, che viene utilizzata per addestrare ilastik. Un'immagine standard non degenerata con un contrasto distinto tra gli ommatidi e le cellule pigmentate circostanti, come gli occhi rossi o arancioni, risulterà in una quantificazione più accurata in Flynotyper. Un altro passaggio critico è la selezione delle funzioni in ilastik, in cui la sensibilità, rappresentata da valori sigma, viene selezionata per mettere a punto il software di apprendimento automatico (Figura 1D). La selezione di un numero insufficiente di caratteristiche può ridurre la sensibilità dell'ilastik, portando a una marcatura imprecisa degli ommatidi. La selezione di troppe funzioni aumenterà il tempo e la potenza di elaborazione necessari per generare risultati, riducendo l'efficienza della procedura. In alternativa, se c'è una notevole degenerazione qualitativa dell'occhio, ma i risultati dell'analisi non sono statisticamente significativi, aumentare il valore sigma delle caratteristiche selezionate sarebbe una potenziale soluzione. Tuttavia, le selezioni di funzionalità fornite in questo protocollo producono regolarmente risultati accurati. Seguire i passaggi critici scritti aiuterà a mitigare i problemi più comuni e la risoluzione dei problemi in futuro.
In sintesi, questo metodo fornisce immagini qualitative migliori, fornendo al contempo una quantificazione imparziale e affidabile del sistema oculare di Drosophila . Di conseguenza, questo metodo potrebbe migliorare l'utilità della degenerazione oculare come potente strumento per modellare le malattie degenerative in futuro.