Oparty na MATLAB, pakiet oprogramowania open source, plusTipTracker, może być używany do analizy serii obrazów znakowanych fluorescencyjnie +TIPS w celu ilościowego określenia dynamiki mikrotubul.
Artykuł metodologiczny
Oparty na MATLAB, pakiet oprogramowania open source, plusTipTracker, może być używany do analizy serii obrazów znakowanych fluorescencyjnie +TIPS w celu ilościowego określenia dynamiki mikrotubul.
Białka śledzące plus-end (+TIP) mikrotubul (MT) lokalizują się na rosnących plus-końcach MT i regulują dynamikę MT1,2. Jednym z najbardziej znanych i szeroko stosowanych +TIP do analizy dynamiki MT jest białko wiążące koniec, EB1, które wiąże wszystkie rosnące plus-końce MT, a tym samym jest markerem polimeryzacji MT1. W wielu badaniach nad zachowaniem EB1 w stożkach wzrostu wykorzystano czasochłonne i stronnicze, wspomagane komputerowo metody śledzenia rąk do analizy poszczególnych MT1-3. Nasze podejście polega na ilościowym określeniu globalnych parametrów dynamiki MT przy użyciu pakietu oprogramowania plusTipTracker4, po uzyskaniu wysokiej rozdzielczości, żywych obrazów znakowanego EB1 w hodowanych embrionalnych stożkach wzrostu5. To oprogramowanie jest opartym na MATLAB, otwartym i przyjaznym dla użytkownika pakietem, który łączy w sobie automatyczne wykrywanie, śledzenie, wizualizację i analizę filmów z fluorescencyjnie oznakowanymi +TIP. W tym miejscu przedstawiamy protokół wykorzystania plusTipTracker do analizy znakowanych fluorescencyjnie komet +TIP w hodowanych stożkach wzrostu Xenopus laevis. Jednak oprogramowanie to może być również używane do charakteryzowania dynamiki MT w różnych typach komórek6-8.
Celem tej metody jest uzyskanie ilościowych informacji na temat dynamiki mikrotubul (MT) plus białka śledzącego koniec (+TIP) w żywych stożkach wzrostu. MT +TIP to grupa białek, które lokalizują się na końcach dodatnich MT9,10. Pełnią one szereg funkcji regulujących parametry niestabilności dynamicznej MT11, w tym szybkość polimeryzacji, katastrofy i ratownictwa. Jedną z dobrze stosowanych metod analizy dynamiki MT jest śledzenie zachowania +TIP EB1, który wiąże się konkretnie z rosnącymi dodatnimi końcami MT1,12. Wiadomo, że EB1 rekrutuje kilka innych białek do wzrostu plus-endMT 13,14, a ostatnio został uznany za czynnik dojrzewania MT15, promując zarówno wzrost MT, jak i częstotliwość katastrof15,16.
Wiele badań dynamiki MT w stożkach wzrostu wykorzystywało metody śledzenia ręcznego do pomiaru zmian dynamiki EB1-GFP w czasie1-3, ponieważ lokalizacja EB1 na plus-końcach MT może być używana jako marker polimeryzacji MT. Kluczową korzyścią płynącą z badania komet EB1-GFP jako wskaźnika wzrostu MT jest to, że dynamika MT może być mierzona nawet w regionach, w których MT w znacznym stopniu się pokrywają. Chociaż metoda ręcznego śledzenia komet EB1-GFP dostarczyła użytecznych informacji na temat zachowań MT1-3, jest czasochłonna i może być stronnicza. Ponadto, ponieważ nieprawidłowe zachowania stożków wzrostu są prawdopodobnie wynikiem niewielkich zmian w dynamice cytoszkieletu, analizowanie tylko niewielkiego podzbioru MT (zwykle niezbędnego podczas śledzenia ręcznego) może pominąć istotne informacje.
Tak więc, mierzymy globalne parametry dynamiki MT za pomocą pakietu oprogramowania plusTipTracker4, po uzyskaniu wysokiej rozdzielczości, na żywo obrazów oznaczonych jako EB1 w hodowanych stożkach wzrostu embrionalnego5. Oprogramowanie to, opracowane w laboratorium Danuser, zostało wykorzystane w kilku badaniach charakteryzujących dynamikę MT w różnych typach komórek6-8. Jest to przyjazny dla użytkownika, oparty na MATLAB pakiet typu open source, który obejmuje automatyczne wykrywanie, śledzenie, wizualizację i analizę filmów z fluorescencyjnie oznakowanymi +TIP. Długa lista szczegółowych parametrów dynamiki MT jest obliczana przez to oprogramowanie (szczegółowe informacje można znaleźć w Piśmiennictwie 4), ale do analizy dynamiki MT w stożkach wzrostu najbardziej przydatnymi parametrami są prędkość ścieżki wzrostu MT (w mikronach / minutę), czas życia ścieżki wzrostu (w sekundach) i długość ścieżki wzrostu (w mikronach). Oprogramowanie można pobrać bezpośrednio ze strony internetowej Danuser Lab (w zakładce "Oprogramowanie"). Podczas gdy Danuser Lab obsługuje obecnie nowszy interfejs do analizy śledzenia +TIP, który jest włączony do pakietu oprogramowania o nazwie u-track 2.0, oryginalne, samodzielne oprogramowanie pozostanie dostępne. Podstawowe algorytmy między tymi dwoma programami są takie same (przynajmniej od 2014 r.), z różnicą w interfejsie i wynikach analizy. Dla początkujących użytkowników z niewielkim doświadczeniem w MATLAB i/lub analizie obliczeniowej, plusTipTracker ma bardziej przyjazne dla użytkownika funkcje, w tym automatyczne dane wyjściowe parametrów statystycznych.
Tutaj opisujemy kroki analizy obrazów dynamiki EB1-GFP w hodowlanych stożkach wzrostu Xenopus laevis. Protokół ten został wykorzystany w niedawnym artykule badającym dynamikę MT17. Zobacz także Lowery i in. 20125, aby uzyskać szczegółowe instrukcje dotyczące hodowli stożków wzrostu wyrażających EB1-GFP. Chociaż ten artykuł koncentrował się głównie na badaniu dynamiki EB1-GFP w stożkach wzrostu, ten sam protokół można zastosować do innych typów komórek17. W przypadku wszystkich typów komórek odstęp czasu między ramkami powinien wynosić od 0,5 do 2 sekund, aby zapewnić optymalne śledzenie +TIP. Możliwy jest odstęp czasowy do 4 sekund między klatkami, ale ten wydłużony czas interwału powoduje dodatkowe błędy śledzenia.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ten protokół i wideo mają służyć jako dodatek do oryginalnego artykułu opisującego pakiet oprogramowania bardziej szczegółowo4, jak również do raportu technicznego, który jest dołączony do pobrania oprogramowania na stronie internetowej Danuser Lab. Zachęcamy czytelników do uważnego zapoznania się z tymi dokumentami, jeśli pojawią się dodatkowe pytania dotyczące korzystania z oprogramowania.
1. Przed analizą obrazu
2. plusTipGetTracks
Uwaga: Pierwszym krokiem w analizie obrazu jest wykrycie komet EB1-GFP, połączenie komet w ścieżki i określenie parametrów dynamiki mikrotubul. Uzyskuje się to za pomocą polecenia "plusTipGetTracks"4.
3. plusTipSeeTracks
Uwaga: Teraz, gdy ścieżki mikrotubul zostały zdefiniowane, funkcja "plustipSeeTracks" jest używana do wizualizacji ścieżek4. Ta funkcja może zapewnić wiele danych wyjściowych do wizualizacji, w tym przestrzenne mapy dynamiki MT i filmy o prędkości, ale tutaj nacisk kładziony jest wyłącznie na użycie funkcji "Track Movies" do wyświetlania ścieżek MT nałożonych na obrazy stożka wzrostu. Podczas gdy plusTipGetTracks może analizować wiele filmów jednocześnie, plusTipSeeTracks może analizować tylko jeden film na raz.
4. plusTipGroupAnalysis
Uwaga: Ta ostatnia funkcja służy do tworzenia grup filmów do analizy i porównania ich parametrów ścieżki MT.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Korzystanie z tego oprogramowania, jak opisano tutaj, dostarczy kilka plików z informacjami, które kwantyfikują dynamikę +TIP w żywych komórkach.
Funkcja plusTipGetTracks identyfikuje ścieżki (korzystając z przykładowych ustawień pokazanych na rysunku 1), a następnie podaje parametry dotyczące ścieżek +TIP. Aby wyświetlić informacje uzyskane przez oprogramowanie, przejdź do katalogu roi_X, który został utworzony w kroku 2.2. Folder "feat" zawiera "overlayImages", który jest se...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
PlusTipTracker zapewnia prosty, graficzny interfejs użytkownika, który szybko i automatycznie wykrywa praktycznie wszystkie widoczne komety EB1-GFP w komórce lub stożku wzrostu, łączy komety w ścieżki i oblicza parametry MT. Inne publikacje donosiły o projektowaniu podobnych typów oprogramowania (na przykład Marx i in. również wykorzystali analizę ilościową oznaczonej dynamiki EB1 w stożkach wzrostu18). Ale to oprogramowanie wydaje się być wyjątkowe pod względem łatwości dostępu, ponieważ można je bez...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.
Dziękujemy Dr. Gaudenzowi Danuserowi i członkom jego laboratorium za stworzenie oprogramowania plusTipTracker oraz za pomocną dyskusję na temat korzystania z oprogramowania, w szczególności Marii Bagonis i Sebastiena Bessona. Szczególnie dziękujemy Boston College Media Center za pomoc i wsparcie w tworzeniu i montażu filmu. Dziękujemy również członkom Lowery Lab za użyteczne dyskusje i konstruktywną krytykę, a także Abigail Antoine za korektę manuskryptu. Ta praca została sfinansowana z nagrody NIH R00 MH095768 dla LAL.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Oprogramowanie plusTipTracker | Danuser Lab | http://lccb.hms.harvard.edu/software.html | To oprogramowanie może być w przyszłości hostowane na innej stronie internetowej. Jeśli wymieniona witryna nie istnieje, wyszukaj "Danuser Lab Software" w wyszukiwarce internetowej, aby ją znaleźć. |
| Oprogramowanie MATLAB | Mathworks | http://www.mathworks.com/products/matlab/ |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie