$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Opisany wyżej protokół przeprowadzono (Rysunek 1) na 20-miesięcznych samcach myszy UM-HET3. Myszom podawano albo pojazd (Kontrola) albo koktajl chemiczny do reprogramowania (Leczony) za pomocą osmotycznych minipomp modelu 200453. Wątroby zostały następnie przecięte i sfilmowane na konfokalnym mikroskopie Airyscan2 przed przetworzeniem z-stacków za pomocą potoku analitycznego.
3D obrazy fluorescencyjne przetwarzano i analizowano za pomocą oprogramowania ZEISS arivis Pro Software 4.1.2. Przed segmentacją mitochondriów zastosowano algorytm wzmocnienia cząstek, aby odszumić obrazy i usunąć tło, światło poza ogniskowaniem, autofluorescencję i/lub fluorescencje pochodzące od niespecyficznego wiązania. Wzmocnienie cząstek selektywnie wzmacnia sygnał z danego średnicy. Po odszumieniu pojedyncze mitochondria zostały zsegmentowane w 3D za pomocą algorytmu Blob Finder, który wykrywa obiekty na podstawie lokalnych maksimów intensywności w określonym zakresie wielkości. Wreszcie, segmentacja obiektów redukuje każdy 2D przekrój do binarne obrazu.
Aby zilustrować przepływ segmentacji, Rysunek 2 przedstawia reprezentatywne optyczne przekroje na każdym etapie potoku przetwarzania dla próbek kontrolnych i leczonych. Surowy obraz fluorescencyjny pokazuje nieprzetworzony sygnał Tom20, który zawiera mieszaninę specyficznej mitochondriowej fluorescencji i niepożądanego tła, światła poza ogniskowaniem i autofluorescencji. Po zastosowaniu odszumienia za pomocą wzmocnienia cząstek, sygnał tła został znacznie zmniejszony, a pozostała fluorescencja ograniczyła się do dyskretnych, dobrze zdefiniowanych struktur (Rysunek 2). Wynika to z czystszego przedstawienia granic mitochondriów, które ułatwia dokładną segmentację.
Wynik segmentacji Blob Finder jest pokazany na zielono. Aby potwierdzić, że z-stacki są dokładnie zsegmentowane, odszumione 2D przekroje z powiązanymi zsegmentowanymi obrazami binarne zostały nałożone (Rysunek 2). Jeśli proces segmentacji jest wystarczająco zoptymalizowany, powinno zaobserwować silną i spójną ko-lokalizację mitochondriowej fluorescencji z obiektami binarne. Jeśli proces segmentacji nadmiernie segmentuje (tj. dzielenie pojedynczych mitochondriów na wiele obiektów) lub niedostatecznie segmentuje (tj. łączenie wielu mitochondriów w jeden), dostosuj parametry segmentacji. Wizualna inspekcja insetów potwierdza wysokiej jakości segmentację: wykryte obiekty precyzyjnie ko-lokalizują się z odszumionym sygnałem fluorescencji Tom20, bez żadnych dowodów na nadmierną segmentację, przerośnięcie obiektów, niewłaściwe scalanie sąsiednich przestrzennie mitochondriów w pojedyncze obiekty, lub generowanie fałszywych obiektów w regionach bez jakiegokolwiek sygnału Tom20. Ten poziom wierności segmentacji był konsekwentnie osiągany zarówno w próbkach kontrolnych, jak i leczonych, co pokazuje, że parametry potoku zoptymalizowane w oprogramowaniu ZEISS arivis są solidne i ogólne dla grup eksperymentalnych. Razem, te wyniki potwierdzają podejście segmentacji i wspierają niezawodność pomiarów morfologicznych pochodzących z niego.
Zsegmentowane obiekty mogą być mierzone pod kątem parametrów mitochondriów takich jak objętość, sferyczność i powierzchnia (Rysunek 3). Aby uwzględnić dużą liczbę mitochondriów wykrytych na próbkę biologiczną i niezależność poszczególnych organelli w komórce, obliczono mediany na próbki i użyto ich jako jednostkę porównania statystycznego. Różnice między grupami oceniono za pomocą testu Wilcoxona. Próbki leczone wykazywały znacznie wyższą objętość i powierzchnię mitochondriów w porównaniu z kontrolami, co wskazuje, że chemiczna reprogramacja indukuje znaczne remodelowanie morfologii mitochondriów.
Wreszcie, zsegmentowane mitochondria mogą być sklasyfikowane na różne podtypy54,55 (Rysunek 4). Metoda łokcia56 została użyta do określenia optymalnej liczby klastrów dla klastrowania k-średnich57,58 (Rysunek 4A). Następnie, za pomocą k = 4 klastrów, losowe podpróbki mitochondriów dla grup Kontrolnych i Leczonych zostały przedstawione poprzez jednolitą aproksymację manifoldu i projekcję (UMAP) redukcji wymiarowości (Rysunek 4B), kolorowane zarówno pod względem podtypu mitochondriów (lewo) jak i grupy leczenia (prawo). Wreszcie, proporcje każdego podtypu mitochondriów (Rysunek 4C) dla grup Kontrolnych i Leczonych zostały przedstawione. W grupie leczonej było mniej zfragmentowanych mitochondriów, ale nie zanotowano istotnej zmiany w proporcji połączonych lub wydłużonych mitochondriów.

Rysunek 1: Przegląd protokołu. Myszy są leczone lekami lub pojazdem przez maksymalnie 6