QuimP - Max-Planck
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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.
