$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Celpolariteit is een macroscopisch fenomeen dat wordt vastgesteld door een verzameling ruimtelijk geconcentreerde moleculen en structuren die culmineren in het ontstaan van gespecialiseerde domeinen op subcellulair niveau. Het wordt geassocieerd met het ontwikkelen van asymmetrische morfologische structuren die ten grondslag liggen aan belangrijke biologische functies zoals celdeling, groei en migratie. Bovendien is de verstoring van de celpolariteit in verband gebracht met weefselgerelateerde aandoeningen zoals kanker en maagdysplasie.
De huidige methoden om de spatiotemporele dynamiek van fluorescerende reporters in individuele gepolariseerde cellen te evalueren, omvatten vaak handmatige stappen om een middellijn langs de hoofdas van de cellen te traceren, wat tijdrovend is en vatbaar voor sterke vooroordelen. Bovendien, hoewel ratiometrische analyse de ongelijke verdeling van reportermoleculen kan corrigeren met behulp van twee fluorescentiekanalen, zijn achtergrondaftrektechnieken vaak willekeurig en missen ze statistische ondersteuning.
Dit manuscript introduceert een nieuwe computationele pijplijn om het spatiotemporele gedrag van afzonderlijke cellen te automatiseren en te kwantificeren met behulp van een model van celpolariteit: pollenbuis/wortelhaargroei en cytosolische ionendynamiek. Er werd een algoritme in drie stappen ontwikkeld om ratiometrische beelden te verwerken en een kwantitatieve weergave van intracellulaire dynamiek en groei te extraheren. De eerste stap segmenteert de cel vanaf de achtergrond en produceert een binair masker door middel van een drempeltechniek in de pixelintensiteitsruimte. De tweede stap volgt een pad door de middellijn van de cel door middel van een skeletvormingsoperatie. Ten slotte levert de derde stap de verwerkte gegevens als een ratiometrische timelapse en levert een ratiometrische kymograaf op (d.w.z. een 1D-ruimtelijk profiel door de tijd heen). Gegevens van ratiometrische beelden verkregen met genetisch gecodeerde fluorescerende reporters van groeiende stuifmeelbuizen werden gebruikt om de methode te benchmarken. Deze pijplijn zorgt voor een snellere, minder bevooroordeelde en nauwkeurigere weergave van de spatiotemporele dynamiek langs de middellijn van gepolariseerde cellen, waardoor de kwantitatieve toolkit die beschikbaar is om celpolariteit te onderzoeken, wordt bevorderd. De AMEBaS Python-broncode is beschikbaar op: https://github.com/badain/amebas.git