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JoVE Journal Biology
Mapping Absolute DNA Density in Cell Nuclei using Single-molecule Localization Microscopy

Mapeando a densidade absoluta de DNA em núcleos celulares usando microscopia de localização de molécula única

Full Text
817 Views
10:57 min
November 11, 2025

DOI: 10.3791/64268-v

Márton Gélleri1, Hilmar Strickfaden2

1Institute of Molecular Biology (IMB), 2Max Planck Institute for Polymer Research

AI Banner

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study describes a method for measuring absolute DNA densities within adherent cell nuclei, utilizing Voronoi tessellation of single-molecule localization microscopy (SMLM) data. This approach enables the investigation of spatial constraints in chromatin structures, linking genetic information with cell cycle stages.

Key Study Components

Research Area

  • Cell biology
  • Genetics
  • Microscopy and imaging techniques

Background

  • Understanding DNA density is crucial for investigating chromatin architecture.
  • Current methods often rely on post-translational modifications of histones.
  • Knowledge of total DNA content is essential for accurate measurements.

Methods Used

  • Voronoi tessellation of SMLM data
  • Adherent cell nuclei as the biological system
  • Image analysis software such as CellProfiler and ImageJ

Main Results

  • Measurements yield DNA densities expressed in base pairs per square micrometer.
  • Future directions include correlating density differences with epigenetic modifications.
  • Method validates the influence of cell cycle stages on DNA content measurement.

Conclusions

  • This protocol allows for precise evaluations of DNA density in cell nuclei.
  • The study paves the way for integrating genomic data with physical characteristics of chromatin.

Frequently Asked Questions

How is DNA density measured in this study?
DNA density is measured using Voronoi tessellation of single-molecule localization microscopy data combined with cell cycle analysis.
What biological systems are primarily investigated?
The method focuses on adherent cell nuclei, providing insights into chromatin architecture.
What role does cell cycle stage play in this method?
Cell cycle stages inform the DNA content and density calculations, enhancing the accuracy of measurements.
What technologies are utilized in the measurement process?
The study employs single-molecule localization microscopy and image analysis software such as CellProfiler and ImageJ.
What are potential future applications of this method?
Future experiments could explore correlations between DNA density and epigenetic modifications using immunofluorescence or Hi-C data.
How is data processed after image acquisition?
Data is processed using tailored algorithms for localization and filtering within software like ThunderSTORM in ImageJ.
What implications does this research have for genetics?
This method enhances our understanding of genomic organization and may elucidate relationships with genetic traits or diseases.

O presente protocolo descreve um método que mede as densidades absolutas de DNA dentro de núcleos de células aderentes usando tesselação de Voronoi de dados de microscopia de localização de molécula única, volume conhecido, tamanho do genoma e estágio do ciclo celular.

O presente método permite medições absolutas de densidade de DNA em núcleos celulares para investigar as restrições espaciais em estruturas de cromatina que, de outra forma, são caracterizadas apenas por modificações de histonas pós-tradução. A tesselação de Voronoi combinada com SMLM permite estimativas de densidade absoluta de DNA em termos de par de bases por micrômetro quadrado. O único conhecimento a priori necessário é o conteúdo total de DNA do núcleo celular medido.

Em experimentos futuros, seria interessante investigar se as diferenças absolutas de densidade se correlacionam com informações biológicas de outros métodos, como imunofluorescência de modificações epigenéticas ou dados de Hi-C. Comece reconstruindo a área digitalizada juntando as imagens individuais pré-gravadas. Abra o CellProfiler e carregue o pipeline cellcycleanalysis.cpproj.

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