QuimP - Max-Planck

QuimP: Quantifying Spatio-Temporal Patterns of
Fluroescence Intensities at the Cell Membrane
2992 KBC
Das Softwarepaket QuimP besteht aus zwei Modulen - Boa und Ana - für
ImageJ, ein frei erhältliches Betriebssystem-unabhängiges
Bildverarbeitungsprogramm: Boa basiert auf einem aktiven
Kontur-Algorithmus und ermöglicht die automatische Verfolgung von
Zellumrissen. Ana bietet die anschließende Analyse von
Fluoreszenzintensitäten innerhalb des Zellkortex. Grundlegende Anwendung
ist die Quantifizierung der raum-zeitlichen Dynamik der Translokation von
Proteinen vom Zytoplasma an die Zellmembran während der
Signaltransduktion. Der Vorteil des Verfahrens besteht in der Möglichkeit
zeit-abhängige Konzentrationsprofile unabhängig von Zellformänderungen
kartieren , bzw. diese mit Motilitätsparametern korrelieren zu können.
Beschreibung
Die Visualisierung fluoreszenz-markierter Proteine in der lebenden Zelle ist
heutzutage Standard. Die Entwicklung quantitativer Methoden, die eine
statistische Auswertung der räumlichen und zeitlichen Dynamik von
Proteinen ermöglichen, steht dagegen erst am Anfang. Ein grundlegendes
Problem ist dabei die Wahl eines geeigneten Koordinatensystems. Mithilfe
von QuimP können Verteilungsmuster an der Zellmembran sich bewegender
Zellen in einem normalisierten Koordinatensystem standardisiert dargestellt
und vermessen werden und zwar unabhängig von Zellformänderungen. Diese
Methode zielt vor allem auf die Untersuchung der Signaltransduktion bei
hoch motilen Zellen, wie z.B. Leukozyten, um statistisch relevante Mengen
an Daten für funktionelle Tests auswerten zu können.
Abbildung 1 zeigt ein Beispiel für die Anwendung von QuimP:
Abb. 1: Lokalisation von GFP markiertem Grp1 während der Ausrichtung einer Dictyostelium
Zelle in einem chemotaktischen Gradienten
Grp1 ist ein Protein, das während der Orientierung von Dictyostelium Zellen
im Gradienten eines chemischen Lockstoffs (cAMP) an die Zellmembran
Ansprechpartner
Dr. Bernd Ctortecka
Telefon: 089 / 290919-20
[email protected]
bindet. Die Richtung des cAMP-Gradienten ist durch den schwarzen Pfeil im
letzten Bild von A gegeben. Auf den Reiz hin bindet Grp1zuerst überall an
die Membran. Innerhalb einer halben Minute löst es sich jedoch am
Zellhinterende und es bildet sich ein stabiler Gradient aus.
A: GFP-Grp1 Lokalisation (Gesamtlänge der Sequenz: 10 min, Maßstab:
10µm, hohe Intensitäten: weiß, niedrige: schwarz). Die Farbe der Kette gibt
die Intensität für jeden Knoten gemittelt über die 10 min Aufnahmezeit wieder
(hohe Intensitäten: rot, niedrige: blau). Die Größe der Knoten ist ein Maß für
die lokale Protrusions- und Retraktionsaktivität an der Membran gemittelt
über die Zeit.
B: Dazugehörige Legendre Ellipsen. Das Verhältnis der langen zu kurzen
Achsen ist ein Maß für den Polarisierungsgrad der Zelle.
C: Polarkoordinaten-Darstellung der Grp1 Lokalisation in A. Zeit: Entfernung
vom Mittelpunkt (r-Koordinate, weiße Zahlen, in Sekunden), Schwarze Zahlen
(phi-Koordinate, 0-90 Grad) entsprechen der Position auf dem normalisierten
Zellumriß. Diese Darstellung erlaubt einen einfachen Vergleich von
raum-zeitlichen Mustern unabhängig von Zellgröße und -gestalt.
D: Gemittelte Intensität, Elongation und Dispersion. Die Abnahme der
Intensität innerhalb der ersten Minute beruht auf der Dissoziation von Grp1
vom Zell-Hinterende. Die Zunahme in der Elongation spiegelt die Polarisierung
der Zelle wieder. Andere Formfaktoren wie z.B. Dispersion (Glattheit des
Zellumrisses) können direkt aus den Koordinaten des Zellumrisses berechnet
werden.
Entwickler
QuimP wurde entwickelt von Till Bretschneider.
Referenzen
Die Methode ist beschrieben in:
D. Dormann, T. Libotte, C.J. Weijer, and T. Bretschneider. Simultaneous
quantification of cell motility and proteinmembrane-association using active
contours. Cell Motility & the Cytoskeleton, 52, 221—230, 2002.
An example showing enrichment of th DPAKa kinase in the cleavage furrow
during cell division:
A. Müller-Taubenberger, T. Bretschneider, J. Faix, A. Konzok and I. Weber.
Differential localization of the Dictyostelium kinase DPAKa during cytokinesis
and cell migration. Journal of Muscle Research & Cell Motility, in press,
2002.
An example for quantitation of cortical Coronin association using FRAP
(fluorescence recovery after photo bleaching)
T. Bretschneider, J. Jonkman, J. Köhler, O. Medalia, K. Barisic, I. Weber,
E.H.K. Stelzer, W. Baumeister and G. Gerisch. Dynamic organization of the
actin system in the motile cells of Dictyostelium. Journal of Muscle Research
& Cell Motility, in press, 2002.
Anforderungen
Die Plugins benötigen ImageJ und sind lauffähig auf PC, Mac oder
Unix/Linux.
ImageJ können Sie hier herunterladen.
Download Handbuch und Demo Version
Das QuimP Handbuch im HTML Format, Beispiel-Sequenzen und Plugins
können Sie hier finden.
Potential Users and Future of QuimP
Potential users include research institutions working on cell motility and
signal transduction as well as pharmaceutical companies who want to
integrate QuimP into large scale screening programs for motogens.
Interested parties are welcome to download a free demo version. In its
present state QuimP’s output capabilities are limited to simple export of cell
outlines and cortical intensities to plain text format. Registered users with a
license will obtain advise on how to import this data into other applications
and will benefit from future updates at reduced prices. The next release of
QuimP will contain a function editor, which allows the user to directly enter
customised force balance equations. In addition it is planned to create a new
interface in which fitting of cell outlines is speeded up by changing
parameters interactively.
We are looking for industrial partners to develop a user friendly interface
which includes motility analysis, statistical analysis routines (correlation of
motility and fluorescence intensity) and advanced visualisation.
Preisliste für QuimP
Demo Version
Einzelplatz-Lizenz (*)
zusätzliche Lizenzen
Akademische Einrichtungen Industrie
gratis
gratis
150 EUR
500 EUR
50 EUR
150 EUR
(*)zzgl. MwSt. Im Preis inbegriffen sind:
Dokumentation im HTML Format und binary modules. Künftige Updates für registrierte
Anwender zu reduzierten Preisen.