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.2016年4月11日；213(1):127-36.
doi:10.1083/jcb.201509079。 Epub 2016年4月4日。

多功能多元图像分析管道揭示了非洲爪蟾提取纺锤的特征

安德鲁·格伦费尔 1, 玛格达莱娜·斯特泽莱卡 1, 玛丽娜·E·克劳德 1, 卡拉·赫尔姆克 1, 安娜·洛尔·施莱茨 1, 丽贝卡·希尔德 2
附属公司

一个多功能的多元图像分析管道揭示了非洲爪蟾提取纺锤体的特征

安德鲁·格伦费尔等。 J细胞生物学. .

摘要

成像数据集包含丰富的定量信息。然而，很少有细胞生物学家拥有分析它们所需的工具。在这里，我们提供了一个大的Xenopusextract纺锤图像数据集，以及一条分析管道，该管道旨在评估一系列实验条件下的纺锤形态。我们对不同纺锤体类型的分析说明了动粒微管是如何放大纺锤体微管密度的。提取物混合实验表明，一些纺锤特征滴定，而其他纺锤特征则经历开关样转变，多元分析表明，调节关键纺锤组装因子TPX2水平的多效性形态效应。我们还将我们的流水线应用于分析人类细胞培养中的细胞核形态，显示了分割方法的通用性。我们的分析为纺锤类型的多样性提供了新的见解，并建议了未来的研究领域。所概述的方法可以被研究纺锤形态的其他研究人员应用，并在对其他实验系统进行最小修改的情况下进行调整。

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数字

图1。
图1。
高精度主轴分割允许对爪蟾拔出主轴。（A） 细分方案爪蟾微管结构的提取纺锤体依赖于荧光、质地、边缘和管状，染色质依赖于荧光、边缘和管状。棒材，10µm。所有分析过的原始图像都可以在ftp://xenbaseturbofrog.org/.（B）CellProfiler管道生成的数据的多元数据分析工作流。所列的大多数步骤均适用于图5、6、，S2系列、和第3章，代码位于https://github.com/MultivariateSpindleResource/Super-Spindle-DataSet网站.
图2。
图2。
爪蟾鸡蛋提取物纺锤形状不同，但收敛到一致的中间长度。（A） 显示单个鸡蛋提取物反应中纺锤形态变化的示例。棒材，10µm。（B） 50个独立控制实验中主轴长度的箱线图。水平线对应中间主轴长度。盒子的底部和顶部分别是第一和第三个四分位数；晶须显示的最高值和最低值均在四分位范围的1.5倍以内，异常值绘制为单点。（C） 图1B显示了50个独立实验的主轴长度分布，由三个不同的实验者分组。
图3。
图3。
细胞质和染色质组成影响纺锤体形态。（A） 不同主轴类型的示例图像。表中显示了用于形成每种纺锤体类型的DNA和细胞质来源的差异以及纺锤体之间DNA含量的差异。图像插图显示了针对每种主轴类型分析的结构数量。Xla公司,X·莱维斯；Xtr公司,热带X。棒材，10µm。（B） 显示纺锤体长度、宽度、偏心率和微管密度分布的小提琴图，以中位罗丹明微管荧光强度测量。***，P<10−13对于两样本Kolmogorov–Smirnov试验，与拉埃维斯X.laevis循环主轴。
图4。
图4。
动粒纤维增加纺锤体微管密度。（A） 纺锤体类型的纺锤体面积和总微管蛋白荧光强度之间的关系显示了纺锤体之间微管密度的差异。大图显示21个等截面面积箱的平均数据，小图显示X·莱维斯循环和CSF主轴。（B） IgG控制的示例图像和微管密度小提琴图(n个=117）和Nuf2抗体抑制(n个=230）显示干扰动粒微管形成后微管密度降低。***，P<10−13用于双样本Kolmogorov–Smirnov试验。
图5。
图5。
减数分裂细胞质对纺锤体形态具有主导作用。（A） 的示例图像X·莱维斯纺锤体在第8阶段、脑脊液和混合提取物中形成。棒材，10µm。（B） 在CSF/第8阶段（ST8）心轴量化测试集（不用于培训）上基于交叉验证的分类模型评估（广义线性模型，LASSO优化逻辑回归）。色标范围从蓝色（分类到该组的对象的0%）到红色（分类到的对象的100%）。白色虚线表示正确分类的对象，并标记分类精度。（C） 接收机工作特性（ROC）曲线，是对B中模型的分类模型性能的替代评估，曲线下面积（AUC）已标记。logistic回归模型的最佳概率阈值（红色箭头表示最大灵敏度和特异性）为0.6。AUC为0.99（理想模型，具有100%的特异性和100%的敏感性，AUC=1.0）。（D） 根据图3A对样本外数据的分类模型进行评估。标记正确分类主轴的精度（主对角线，深红色）。（E） 显示第8阶段、CSF或混合提取物中组装结构的纺锤长度、长宽比和坚固性分布的小提琴图（另请参阅图S3). 白色星号对应于推断的分布最大值（材料和方法）。主要最大值以粗体显示。（F） 分类模型（B-D）准确区分了CSF和8级纺锤，但未能准确分类混合提取物中的8级纺锤体。
图6。
图6。
TPX2影响纺锤体的大小、形状和微管密度。（A） 缺席时组装的主轴示例图像(n个=1935）或存在200 nMX·莱维斯TPX2型(n个=2621），50µM Monastrol(n个=278），或200 nM TPX2Δ7(n个= 1,417; Helmke和Heald，2014年）。棒材，10µm。（B） 小提琴图显示了对照组中形成的纺锤的纺锤长度、宽度、长宽比、偏心率和微管密度的分布(n个=1935）或200 nM TPX2补充提取物(n个= 2,621). ***, P<10−15用于带有Bonferroni校正的两样本Kolmogorov–Smirnov试验。（C） 小提琴图显示了对照组中形成的纺锤的纺锤长度、宽度、长宽比和微管密度的分布(n个=221），200 nM TPX2–补充(n个=378）和50µM Monastrol（Mon）处理(n个=278）提取物。***，P<10−15用于双样本Kolmogorov–Smirnov试验。（D） 显示控制中形成的结构的纺锤宽度分布的小提琴图(n个=1006），200 nM野生型TPX2–补充(n个=914）和200 nM TPX2Δ7（Δ7）-补充(n个=1417）提取物。***，P<×10−15用于双样本Kolmogorov–Smirnov试验。
图7。
图7。
图像分析管道可以适用于其他亚细胞结构。（A） 对照核和REEP3/4亏损核的示例图像（Schlaitz等人，2013）。棒材，10µm。（B） 对照细胞的层粘连蛋白B1纹理的小提琴图(n个=2123）和REEP3/4耗尽电池(n个= 1,763). （C） 对照细胞细胞核坚固性的小提琴图(n个=2123）和REEP3/4耗尽电池(n个=1763）。（D） 对照细胞细胞核面积的小提琴图(n个=2123）和REEP3/4耗尽电池(n个= 1,763). （E） 对照细胞核偏心的小提琴图(n个=2123）和REEP3/4贫化细胞(n个= 1,763).
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