RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Robert D. M. Gray1,2, Jason Mercer1, Ricardo Henriques1,3
1MRC Laboratory for Molecular Cell Biology,University College London, 2Centre for Mathematics and Physics in Life Sciences and Experimental Biology (CoMPLEX),University College London, 3Department of Cell and Developmental Biology,University College London
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Bu yazının nano ölçekli yapının kesin modellerini üretmek için süper çözünürlüklü mikroskopi görüntülere tek parçacık analizi uygulamak için Fiji tabanlı açık kaynak yazılım paketi VirusMapper kullanır.
Süper çözünürlüklü floresan mikroskopi şu anda hücre biyolojisi araştırma devrim yaratıyor. Onun kapasitesi nano ölçekli biyolojik kompleksleri ve süreçlerin rutin görüntüleme için izin verir nm yaklaşık 300 çözünürlüğü sınırı kırmak için. Çözünürlükteki bu artış, aynı zamanda, tek parçacık analizi gibi elektron mikroskopisinde popüler yöntem, hali hazırda süper çözünürlüklü floresan mikroskobu uygulanabilir olduğu anlamına gelir. süper çözünürlük optik görüntüleme ile analitik bir yaklaşım birleştirerek, yarı kararlı bir yapı içinde moleküler elemanlar yapısal haritaları oluşturmak için floresan mikroskopi molekülü özel etiketleme kapasitesi yararlanmak mümkün olur. VirusMapper - - bir, yüksek performanslı kullanımı kolay ve yüksek verimli ImageJ eklentisi olarak paketlenmiş Bu amaçla, yeni bir algoritma geliştirdik. Bu makale, biyolojik m yeni yapısal özelliklere ortaya çıkarmak için yeteneğini vitrine, bu yazılım için derinlemesine bir kılavuz sunuyorolecular kompleksleri. Burada, uyumlu veri araya ve süper çözünürlüklü görüntülere tek parçacık analizi uygulamak için bu algoritmayı nasıl kullanılacağına ilişkin bir adım-adım protokolünü nasıl sağlanacağı sunuyoruz.
Süper çözünürlüklü (SR) mikroskopi onları anlama açısından son derece önemli moleküler özgü etiketleme ile birlikte görüntü anahtar moleküler süreçler yeteneği sağlayarak hücre biyolojisi üzerinde büyük bir etkisi oldu. SR şu anda bu tür görüntü canlı hücreleri 1, 2 potansiyeli gibi ışık mikroskobu önemli faydalar elde edilmesi esnasında, elektron mikroskopisi (EM) ile, daha önce sadece elde çözünürlükleri (20-150 nm) yaklaşmak için ışık mikroskobu sağlar. Bundan başka, nano ölçekli düzeyinde bulunan yapısal koruma SR verilere tek parçacık analizi (SPA), elektron mikroskobu 3 yaygın olarak kullanılan bir kavramın uygulamaya izin verir. SPA kullanarak, bir yapının çok yüksek ölçüde korunmuş kopya görüntülenmiş ve çözünürlük, hassas ya da sinyal-gürültü görüntülenmiştir nesnenin artırmak için birlikte ortalaması alınabilir. SR ile kombinasyon halinde kullanıldığında, SPA yüksek p için güçlü bir araç olduğu gösterilmiştirHIV 7 ve HSV-1 ile 8 olarak çekirdek gözenek kompleks 4, 5 bileşenleri, sentrozom 6 ve virüslerin recision eşleme.
Bununla birlikte, SR, SPA rutin birlikte uygulama yazılım mevcut eksikliğinden öne sürülmüştür. Bu nedenle, biz VirusMapper, popüler görüntü işleme yazılımı ImageJ / Fiji 9'a bir eklenti geliştirdi. Bu SR mikroskobu ile görüntülenmiş yapıların hızlı, kullanıcı dostu, çok kanallı naif ortalamayı sağlamak üzere tasarlanmış floresan görüntüleri 10 ile genelleştirilmiş SPA için ilk serbestçe kullanılabilir yazılım paketidir. virüsler için tasarlanmış olsa da, farklı moleküler türler, görüntülenen tanımlanmıştır ve lokalize edilebilir her hangi bir makromoleküler kompleks uygulanabilir.
VirusMapper yüksek hassasiyetli molekül üretmek için kullanılabilmektedirortalama boyutları ve diğer parametrelerin hesaplanması için izin veren herhangi bir bilinen yapı model bulunur. algoritma tasarımı farklı yönlerde veya farklı morfolojik durumlarının saptanması için temin yapıların popülasyonları ayrılması için elverişli hale getirmektedir. Buna ek olarak, çok kanallı görüntüleme temel yapısı iyi bilinmektedir burada bu şekilde referans tabanlı yapı bulma için izin durumlarda bir referans kanalı kullanmak için kullanılabilir. Yazılım indirme ve yükleme talimatları üzerine sağlanmaktadır https://bitbucket.org/rhenriqueslab/nanoj-virusmapper . Örnek verileri de orada bulunabilir ve kullanıcıların kendi uygulamak denemeden önce örnek veriler üzerinde yazılım kullanarak uygulama tavsiye edilir.
Burada, ham verilerden SPA modeller üretmek için bu eklentisi kullanarak adımları tarif edilmiştir. Yazılım tek o içeren ham görüntüleri alırgiriş olarak çok etiketli yapılar r. Bu yazılım çalıştırıldığında olarak ayarlanır parametrelerin bir dizi konu, döner, görüntülü yapıları içinde etiketlenmiş bileşenlerin ortalama dağılımlarını gösteren SPA modelleri.
Bu protokolün amacı, Şekil 1 'de ana hatlarıyla boru hattına göre görüntülenen yapıları içinde bileşenlerinin ortalama lokalizasyonu veren hassas SPA modelleri üretmektir. Şekil 1 'de gösterildiği gibi, program akışı yararlı üç aşamaya ayrılır. İlk aşamada, her bir kanal için parçacık yığınları ile sonuçlanan, kademeli bir çok görüntü etmektir. Bu parçacıklar modelleri oluşturmak için ve model üretimi için tohum üretmek için ortalaması alınır birimleridir. İkinci aşamada son aşamada partiküllerinin tüm dizi kaydetmek için kullanılan tohum görüntü oluşturmak için. Bu s katkıda bu kanalda parçacıkların, el ile, bir referans kanalı seçme ve yapılıreeds. Tohumlar, bu referans kanalı olarak seçilir, ancak tüm kanallar için oluşturulabilir. Parçacıklar başlangıçta bu kanalda bir 2D Gauss uydurma ile yeniden düzenlenebilir edilir. Seçilen ve yeniden düzenlendi olan tüm parçacıkları daha sonra bir tohum üretilmesi için ortalaması alınmıştır. modellenecek olan veriler görülen her bir ortak bir yapı için, parçacıklar açık ve doğru bir şekilde yapıyı temsil tohum olarak seçilmelidir. Bu aşamada arayüz ayrıca, yapıları için verileri taramak için faydalıdır.
Son aşama şablon eşleştirme kullanarak modellerini üretmektir. Bu, başlangıçta, çapraz korelasyon önceki bölümde oluşturulan tohum resimlere ekstre parçacıklarının kayıt ile elde edilir. Kayıtlı parçacıklarının alt birlikte ortalaması alınır ve proses ayrıca arzu edildiği takdirde, hata kare ortalaması modeli azaltmak için tekrarlanır. Bu alt küme yerine getirilmesi gereken tohum karşı minimum benzerlik kurarak belirlenir. model oluştururkenbirden fazla kanal eş zamanlı olarak s, eklem benzerlik, ya da her bir kanal için benzerlikler ortalama kullanılır. bunlara katkıda elde edilen model ve kayıt parçacıklar daha sonra analiz edilebilir.
NOT: Bu protokol ve video daha ayrıntılı olarak yazılım paketini açıklayan orijinal kağıt 10 tamamlar. Okuyucular yazılımın kullanımına yönelik ek rehberlik için dikkatli bir şekilde inceleyin teşvik edilmektedir. üç ana aşama vardır: parçacık ekstraksiyon, tek tek parçacıklar halinde bölümler büyük görüntüler; ortak yapılar son aşamada kullanılan tohum üretmek için veri tanımlanır ve hizalanır tohum seçimi; ve şablon uygun bu tohumlar göre modeli üretme, ekstre parçacıkları ve ortalamalar SPA modeller üretmek için bir alt hizalar.
1. Kur öncesinde Yazılım Paketi Koşu için
2. Partiküllerin ekstrakte
3. Tohumları
4. Modelleri üret
Burada, modeli poksvirüs, aşı virüsü yazılımı göstermektedir. En kompleks bir memeli virüsleri, aşı paketi bir 350 x 270 x 250 mil 3 tuğla şekilli parçacık 13, 14 içinde yaklaşık 80 farklı proteinler. Üç altyapılar elektron mikroskobu ile ayırt edilebilen: dsDNA genomu içeren bir merkezi çekirdek; İki protein yapıları, çekirdek kuşatan adı yanal gövdeleri; ve tek bir proteolipid iki tabakalı 15 zarf. Rekombinant floresan protein etiketleme büyük boy, karmaşık bir yapı ve yatkınlığını vaccinia VirusMapper akışını göstermek için mükemmel bir sistem yapmak.
Burada açıklandığı gibi yazılım kullanılarak, aşı virionun proteinlerin çeşitli dağılımı modellenebilir. Bir proteini, etiketlenmiş ve kombi muhtemelen, görüntülenmiştirparçacık o proteinin lokalizasyonu ortalama modeller üretmek için tarif edildiği gibi, bir referans olarak bilinen dağıtım başka protein ve yazılım ile ulus kullanılmıştır. Bu örnekte, iki proteinin, iç çekirdek proteini L4 model ve ana yanal gövde bileşeni, F17 edildi.
F 17 sahip olan bir rekombinant vaccinia virüsü, GFP'li etiketlenmiş ve MCherry 16 kullanılmıştır L4 etiketli. Saflaştırılmış virüsü 1 mM Tris, pH 9 içinde seyreltilmiş ve oda sıcaklığında 30 dakika boyunca kaplanmasıyla yıkandı ve yüksek performanslı lamelleri bağlanmıştır. Numuneler daha sonra 20 dakika boyunca PBS içinde% 4 formaldehit uygulanması ile tespit edilmiştir. Lameller antifade montaj ortamda slaytların üzerine derhal monte edildi. Görüntüleme ticari bir SİM mikroskop SİM tarafından gerçekleştirilmiştir. görüntü alanı 5 faz değişimleri ve 561 nm 3 ızgara dönüşleri (32 um ızgara pe kullanılarak elde edildi virüs ve yüzlerce görüntü içeren seçildiön em) ve 488 nm (32 um Izgara periyodu) lazerler. Görüntüler bir sCMOS kamera kullanılarak elde ve mikroskop yazılımı kullanılarak işlenmiştir. Kanallar aynı görüntü elde etme ayarları ile görüntülenmiş çok renkli boncuk slayt dayalı hizalanmış edildi. SİM yeniden yapılanma ve kanal hizalama görüntü Fiji açıldı ve tek bir görüntü yığını halinde birleştirilmiş edildikten sonra.
Bu tanecikler, bir merkezi en fazla gibi viral partiküller, referans olarak ve herhangi bir Gauss bulanıklığı uygulamadan L4 kanalı kullanarak görüntü elde edildi. Yaklaşık 15,000 parçacıklar, bu deneyde ekstre edildi.
Nedeniyle ineklerdeki geometrisine, yanal gövdeleri virüs yönlendirmesine göre belirgin bir şekilde farklı bir görünüme sahiptir. Bu bir ya da iki yan organları ayırt edilebilir olan iki yönelimleri görüntülenmiştir. Biz frontal ve sagittal, saygı gibi bu yönelimlerin anılacaktıryanıtını verdiler.
Ön ve sajital yönelimleri için ayrı tohumlar "tohumları oluşturmak" aşamasında parçacık liste boyunca arama yolu ile seçildi (Şekil 4 ve 5); Bir yönde açık olan ya da başka seçilmiştir parçacıkları. L4 kanalı birbirleriyle tohum hizalamak için referans kanalı olarak kullanılmıştır. Yine, herhangi bir Gauss bulanıklığı gerekliydi. Her yönlendirme için 5 parçacıkları, ve tohum üretmek için ortalaması alınmıştır.
Modeller bu tohumlar dayalı olarak her bir yönlendirme için üretilmiştir. Bir referans kanalı veya kare yoğunluk değerleri ne kullanılmıştır. Maksimum yineleme sayısı 1 başlangıçta ayarlandı ve en az benzerlik, her yönlendirme için tutarlı bir görünüm veren her bir durumda, yaklaşık 1000 parçacıklar içerir ayarlandı. Maksimum yineleme sayısı, daha sonra yükseltilmiştirModelin yakınlaşma için izin verir. Modeller, böylece iki kanal iki yönelimleri (Şekil 7) için üretilmiştir.

Şekil 1: VirusMapper akışı. eklenti üç ana aşamada düzenlenir. Viral parçacıklar geniş görüntülerden çıkarılır, şablon resim veya tohumlar verilerinden yarı elle seçilir ve nihai SPA modelleri tohum başvurarak veriden üretilmesidir. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.

Şekil 2: iletişim "Viral Yapıları Özü". seçerken "Viral structur Özü es ROI önizlenemiyor sağlayan Önizleme göster 'o zaman seçilebilir", bu iletişim görünecektir. parametreleri. Optimal segmentasyon için ilk tahminler ile doldurulmalıdır' ve parametreler ince ayar olması. Bir görüntülemek için lütfen tıklayınız Bu rakamın daha büyük versiyonu.

Şekil 3: ekstraksiyon parametrelerinin ayarlanması. çıkartılacaktır ROI, YG çapındaki, ROI sayısı ve en yüksek YG örtüşme önizleme sonra böyle bir durum elde etmek için ayarlanır. ROI tüm parçacıkların bir ROI dahil edilir ve ROI'ler kümelenmiş parçacıkların ayrılmasına olanak sağlamak için yeterince üst üste binerek, parçacıklar biraz daha büyüktür.ank "> bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: şablon uygun tohum üretme. "Tohum üret" iletişim (1) atanacak parametrelerini ortaya koyar. Referans parçacıkları sekansı (2), kullanıcı referans kanalı olarak parçacıklar aracılığıyla tarama sağlar. bir parçacık referans parçacıkları sırayla bakıldığında, her kanal için yeniden düzenlenebilir parçacıklar realigned parçacık önizleme (3) 'de izlenebilir. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.

Şekil 5: tohum resimler ekleme. Tohumlar eklendikçe kutusu "çerçeveleri kullanımı", ilgili tüm tohumlar (4) ortalama ve çerçeveler (5) gösterildi. mevcut ortalama tohumlara benzer parçacıklar iletişim kutusunda (6) öneriliyor. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.

Şekil 6: iletişim "Modeller üret". seçme "Tohum dayanarak Modelleri üret," Ne zaman bu iletişim görünecektir. parametreleri optimal model üretimi için başlangıç tahminlerinin ile doldurulmalıdır, ve model üretme işleminden unsurları seçilmelidir hesaplama sırasında gösterilebilir. "Önizlemeyi göster" o zaman çalıştırmak için bir model oluşturma sürecini sağlayan seçilebilir ve parametreler ince ayar olması.ftp_upload / 55471 / 55471fig6large.jpg" target = '_ blank'> bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 7: VirusMapper oluşturulacak modeller. mCherry ile etiketlenmiş L4 çekirdek proteini ve EGFP ile etiketlenmiş F17 lateral vücut proteini ile vaccinia virionlar SIM kullanılarak görüntülendi. protokolde tarif edildiği gibi modeller, daha sonra yazılım ile elde edilmiştir. ön ve sajital iki yönelimleri, yan cisimlerin ortaya çıkması ile ayırt edilir. Ölçü bar = 100 nm. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.
Bu yazının nano ölçekli yapının kesin modellerini üretmek için süper çözünürlüklü mikroskopi görüntülere tek parçacık analizi uygulamak için Fiji tabanlı açık kaynak yazılım paketi VirusMapper kullanır.
Biz VirusMapper özgün gelişim ve doğrulama katkılarından dolayı Corina Beerli Jerzy Samolej Pedro Matos Pereira, Christopher Bleck ve Kathrin Scherer teşekkür etmek istiyorum. Ayrıca yazının eleştirel okuma için Artur Yakimovich teşekkür etmek istiyorum. Bu çalışma Biyoteknoloji ve Biyolojik Bilimler Araştırma Konseyi hibe ile finanse edildi (BB / M022374 / 1) (RH); Moleküler Hücre Biyolojisi MRC Laboratuvarına çekirdek fonlama, University College London (JM); Avrupa Araştırma Konseyi (649.101-UbiProPox) (JM); ve Tıbbi Araştırma Konseyi (MR / K015826 / 1) (RH ve JM). RG Mühendislik ve Fizik Bilimleri Araştırma Konseyi (AP / M506448 / 1) tarafından finanse edilmektedir.
| Fiji | Açık kaynaklı görüntü analiz yazılımı | ||
| NanoJ-VirusMapper | , Henriques lab | tarafından geliştirildi | Açık kaynak-Fiji eklentisi (https://bitbucket.org/rhenriqueslab/nanoj-virusmapper) |
| VectaShield antifade montaj ortamı | Vector Labs | H-100 | |
| Elyra PS1 | Zeiss | ||
| ZEN SİYAH | Zeiss | SIM için görüntü işleme yazılımı | |
| Yüksek performanslı lamel | Zeiss | 474030-9000-000 | |
| TetraSpeck boncuklar | ThermoFisher | T7279 |