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Orientar a amostra de maneira precisa é uma parte vital do uso eficiente de uma configuração de microscopia. No entanto, a orientação manual das amostras muitas vezes não é possível ao usar um sistema de folha de luz multiview, dada a necessidade de preparar as amostras em um tubo. Portanto, para verificar se existem posições estereotipadas que os embriões assumem dentro do córion, os embriões de peixe-zebra foram fotografados em 70% de epiboly (cerca de 7 h pós-fertilização (hpf)), uma vez que a imagem de lapso de tempo da gastrulação aos estágios iniciais de somitos foi o foco deste estudo. Quando as amostras foram preparadas imediatamente antes da imagem a 70% de epibolia, os embriões não mostraram orientação específica que é frequentemente observada nas amostras. Como isso geralmente não é desejável, as amostras foram preparadas bem antes da gastrulação e armazenadas em tubos de microcentrífuga na temperatura apropriada até o início da imagem. Nessas condições, a 70% de epibólia (N = 3; n = 87 embriões), as orientações embrionárias podem ser classificadas em (1) Horizontal, quando o eixo animal-vegetal (AV) do embrião era ortogonal ao eixo longo do tubo polimérico, (2) Vertical, quando o eixo AV era paralelo ao eixo longo do tubo polimérico, e, (3) Oblíquo, quando o eixo AV estava em ângulo agudo (Figura 3A). A posição horizontal foi a menos representada, enquanto as posições vertical e oblíqua foram igualmente observadas (Figura 4).
Quando os embriões foram deixados nas trompas, os embriões ficaram estáveis nessas respectivas posições até 90% epiboly, após o que a maioria dos embriões mudou de orientação. Portanto, uma segunda rodada de documentação de orientações no estágio de brotamento da embriogênese (cerca de 10 hpf) foi necessária para levar em conta as orientações alteradas. Isso foi realizado para amostras preparadas independentemente. Para a imagem dos estágios iniciais do somito, foi relatado anteriormente que um embrião com sua notocorda ortogonal ao eixo longo do tubo de polímero era a orientação ideal, pois permite a visualização de múltiplos somitos bilaterais se formando ao longo do eixo15. Quando as amostras foram preparadas antes da gastrulação (N = 3, n = 93 embriões), cerca de 25% dos embriões exibiram essa orientação (Figura 4) e esses embriões permaneceram estáveis nessa orientação até pelo menos o estágio de 8-somito, consistente com relatos anteriores15. O restante dos embriões exibiu várias outras orientações no estágio de brotamento (classificados na Figura 3B e Figura 4); no entanto, muitos deles foram reorientados para a posição horizontal durante a formação inicial do somito. Curiosamente, uma porcentagem semelhante de embriões apresentou uma orientação horizontal no estágio de gema, independentemente de a amostra ter sido preparada antes da gastrulação, a 70% de epibolia ou imediatamente antes do estágio de gema. Assim, o tempo de preparação da amostra parece menos crítico para a orientação horizontal de interesse para os estágios de imagem do somito, ao contrário do que foi observado para a imagem em 70% de epibólia.
A vantagem de um sistema multiview é a capacidade de visualizar a mesma amostra de vários ângulos. No entanto, para embriões de peixe-zebra nos estágios mencionados, o número de visualizações necessárias para obter a resolução celular em todo o embrião não é claro. Para caracterizar isso, os embriões de peixe-zebra foram fotografados usando uma objetiva de 20x/1 NA no braço de detecção com um fator de zoom de 1, que correspondeu a uma espessura de folha leve de 4,57 μm. Sob essas configurações, o embrião cobriu todo o campo de visão de uma câmera sCMOS com um tamanho de pixel de 6,5 μm e uma área de 1920 por 1920 pixels. A microinjeção de mRNA para um fluoróforo marcado com histonas (H2A-mCherry) em embriões de estágio de 1 célula obtidos de uma linhagem transgênica que marcou filamentos de actina (Utr-GFP) permitiu a visualização de núcleos e membranas celulares no embrião. Para realizar a fusão multiview de embriões com diferentes intervalos angulares, a aquisição de 360° dos embriões transgênicos duplos, bem como dos grânulos no tubo, foi realizada a cada 30° (n = 3 embriões a 70% de epibolia; n = 3 embriões em estágio de gema) ou 45° (n = 3 embriões em 70% de epíbulo; n = 3 embriões em 70% de epíbulo; n = 3 embriões em fase de gema) intervalos com cerca de 100 cortes em cada ângulo e um intervalo de corte de 2 μm. Ao pular ângulos alternados durante o processamento da imagem, as aquisições de 30° e 45° forneceram adicionalmente os conjuntos de dados de 60° e 90°.
As imagens adquiridas foram então registradas usando as informações do grânulo e os detalhes do registro foram transferidos para o conjunto de dados do embrião, conforme descrito na seção do protocolo. O registro bem-sucedido usando o plug-in BigStitcher foi alcançado para as diferentes aquisições, exceto para o conjunto de dados de 90°, o que provavelmente se deve à menor cobertura da amostra de cada ângulo. Para superar isso, os embriões foram fotografados a cada 90 ° com cerca de 400 fatias em cada ângulo e um intervalo de fatia de 2 μm, nos estágios de 70% de epibólia e gema, que foram registrados com sucesso (n = 3 embriões para cada estágio).
O próximo passo foi realizar a fusão multiview e a deconvolução dos conjuntos de dados registrados. Isso foi feito com redução de 4x para acelerar a computação. Como visto na representação de núcleos a partir de vistas individuais e um embrião reconstruído com múltiplas visualizações (Figura 5), as vistas individuais cobrem um campo de visão menor, que, após a fusão, produziu uma imagem de todo o embrião. Para a representação, os núcleos foram detectados usando o Mastodon (https://github.com/mastodon-sc/mastodon), um plugin baseado em FIJI, que pode ser adicionado na seção "Gerenciar sites de atualização" do menu "Ajuda" em FIJI e acessado no menu de plugins uma vez adicionado. Para a detecção, as respectivas imagens foram primeiro convertidas para o formato XML / hdf5 e, em seguida, a detecção nuclear foi realizada usando o plug-in 'Detecção' do Mastodon com um detector DoG (Diâmetro 6 μm e Limite de Qualidade 80).
Entre as diferentes imagens fundidas, o conjunto de dados de 90° mostrou um fundo muito alto mais profundo na amostra, tornando-o inadequado para realizar qualquer quantificação. Assim, ao contrário de amostras menores, como embriões de Drosophila, que frequentemente foram fotografados com um intervalo de 90° em outros estudos 9,22, o mesmo não é recomendado para imagens de embriões de peixe-zebra iniciais usando uma objetiva de 20x/1 NA. Entre os conjuntos de dados fundidos de 30°, 45° e 60°, qualitativamente, não houve diferença substancial nas informações dos núcleos (Figura 6B, linha superior); no entanto, estruturas mais finas, como limites de células, pareciam muito melhor resolvidas com o conjunto de dados fundidos de 30 ° em comparação com o restante (Figura 6C, linha superior).
Para confirmar essa observação, o Mastodon foi usado para detectar núcleos nas imagens fundidas obtidas a partir de imagens a cada 30°, 45° e 60°. Três regiões nas imagens fundidas, uma a uma profundidade de 20 μm (Figura 6A), 50 μm e 100 μm da superfície do embrião, foram escolhidas para a análise. Para comparar a eficiência da detecção de núcleos entre imagens, a detecção foi realizada conforme descrito acima, com parâmetros idênticos em imagens fundidas de diferentes intervalos angulares. Em todas as regiões analisadas, todos os núcleos foram detectados, independentemente das imagens fundidas obtidas a cada 30°, 45° ou 60° (Figura 6B, linha inferior). Assim, estruturas globulares, como núcleos, podem ser visualizadas em qualquer um dos intervalos angulares acima sem perda de informação.
Para analisar os limites celulares, foi utilizado o Tissue Analyzer23, um plugin FIJI usado rotineiramente para segmentar células 24,25,26. Semelhante ao Mastodon, o plug-in Tissue Analyzer pode ser adicionado na seção "Gerenciar sites de atualização" do menu "Ajuda" em FIJI e acessado no menu de plug-ins uma vez adicionado. Os limites das células foram segmentados usando o algoritmo de bacia hidrográfica com parâmetros padrão e um forte desfoque variando de 1,5 a 2, dependendo da profundidade do tecido, e um desfoque fraco de 1. Esses parâmetros foram mantidos constantes em todas as análises, facilitando uma comparação direta. Quando as imagens segmentadas foram comparadas manualmente com as imagens de entrada originais, foram observados erros, onde o software falhou em detectar um limite de célula ou desenhou limites de célula inexistentes (Figura 6C, linha inferior). O número de erros cometidos pelo plug-in do analisador de tecidos foi normalizado para o número total de ligações detectadas na região e calculado como 'Erro de segmentação de limite'. Embora esses erros estivessem presentes em todas as regiões analisadas, o número de erros aumentou drasticamente nas imagens fundidas obtidas a partir de imagens em intervalos angulares de 45° e 60°, em comparação com 30° (Figura 6D). Isso indicou que a resolução nas imagens fundidas era cada vez pior quando o intervalo angular era aumentado. Assim, para segmentar estruturas mais finas, como limites de células, um intervalo angular mais estreito permite um processamento mais fácil a jusante.

Figura 1: Preparo de amostras usando tubos de polímero. (A) Um tubo de polímero dos tubos de microcentrífuga armazenados é retirado usando uma pinça. (B) Conectando o tubo à ponta de uma micropipeta de 200 μL. (C) Aspiração de embriões com a ajuda de uma pipeta para dentro do tubo. (D, E) Um tubo de polímero com embriões em estágio de botão visíveis na parte inferior do tubo. (F) Os tubos de polímero são colocados em uma placa de Petri com E3 para solidificar a agarose. (G) Armazenamento dos tubos de polímero em um tubo de microcentrífuga preenchido com E3. (H) Suporte de amostra montado com o tubo de polímero montado. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Fluxo de trabalho de análise de imagem multivisualização e registro usando contas. (A) O pipeline de análise de imagem multivisualização. (B) A imagem mostra a janela "Multiview Explorer" no BigStitcher, um plugin FIJI, onde cada visualização aparece como uma única linha e contém informações sobre o ângulo, canal, registro, pontos de interesse e PSF. Todos os comandos discutidos no protocolo aparecem quando uma visualização é selecionada e seguida por um clique com o botão direito, conforme ilustrado no menu pop-up. As visualizações selecionadas podem ser visualizadas na janela BigDataViewer, como mostrado. (C) Uma imagem representativa do grânulo antes (esquerda) e depois do registro (direita) obtida a partir de imagens em intervalos angulares de 30 °. Todas as vistas angulares foram selecionadas e exibidas. Barras de escala: 75 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Visão geral das orientações padrão do embrião. Imagens representativas das orientações em que os embriões se enquadram no córion em 70% dos estágios de epibólia (A) e botão (B). A linha superior em cada painel mostra imagens de campo claro obtidas do sistema de folha de luz, e a linha inferior mostra desenhos animados representativos. As setas em (B) indicam a posição da notocorda, que foi usada para identificar a orientação. Ap, poste animal; Vp, pólo vegetal; A, anterior; P, posterior. Barras de escala: 100 μm. Clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figura 4: Estatísticas de diferentes orientações embrionárias. (A) A coluna empilhada indica as porcentagens de embriões que se enquadram nas orientações indicadas em 70% epiboly quando as amostras são preparadas antes da gastrulação. (B) As colunas empilhadas indicam as porcentagens de embriões que se enquadram nas orientações indicadas nos estágios de gema, quando as amostras são preparadas antes da gastrulação (esquerda), em 70% de epiboly (meio) e nos estágios de gema (direita). N, o número de ninhadas independentes das quais os embriões foram obtidos; n, o número total de embriões. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5: Representação de núcleos de um embrião reconstruído multiview. (UMA)O gráfico de dispersão 3D representa núcleos detectados em um embrião reconstruído com múltiplas visualizações fotografado em um intervalo angular de 30̛°. Cada círculo representa um núcleo e o centróide das posições dos núcleos é plotado. As coordenadas nucleares foram obtidas usando o Mastodon, um plugin FIJI. (B) Gráficos de dispersão 3D de núcleos de três vistas representativas do mesmo embrião - as representações estão separadas por 60 °. As cores para cada núcleo foram atribuídas aleatoriamente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6: Comparação de informações em escala celular em imagens fundidas. (A) A imagem à esquerda mostra um instantâneo de um embrião reconstruído com múltiplas visualizações a uma profundidade de 20 μm da superfície. O círculo amarelo representa a região usada para análise posterior. Barras de escala: 50 μm (em todos os painéis). (B) Imagens brutas representativas de núcleos a 20 μm de profundidade da superfície do embrião a partir de três conjuntos de dados fotografados a cada 30 °, 45 ° e 60 °, respectivamente (topo). Núcleos detectados (em verde) nas mesmas imagens pelo Mastodon, um plugin FIJI (abaixo). (C) Imagens brutas representativas a 20 μm de profundidade da superfície do embrião a partir de três conjuntos de dados fotografados a cada 30 °, 45 ° e 60 °, respectivamente, usando o marcador de actina, Utr-GFP (topo). Os limites segmentados pelo Tissue Analyzer, um plug-in FIJI, são mostrados para as mesmas imagens (parte inferior). As setas indicam erros cometidos pelo Tissue Analyzer na segmentação de limites, com a seta amarela representando um limite ausente e a seta branca representando limites detectados incorretamente quando visualmente nenhum limite parece existir. (D) O gráfico de caixa mostra a porcentagem de erros que o Tissue Analyzer cometeu entre embriões reconstruídos multiview fotografados a cada 30°, 45° e 60° em diferentes profundidades. As barras de erro indicam 1,5 vezes o intervalo interquartil. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.