体内突触形成的半自动三维定量分析

《BMC Bioinformatics》：Semi-automatic 3D-quantification of in-vivo synapse formation

　　

摘要

背景

突触作为专门的细胞间连接，实现了神经元与目标细胞之间精确且可控的信号传递。突触前膜（神经递质释放的位置）在生物体发育过程中不断重新形成。尽管这一过程对突触回路的发展和功能至关重要，但发育中的神经元如何控制单个突触的数量和分布仍知之甚少。通过对麻醉后的果蝇（Drosophila）第三龄幼虫的神经肌肉接头处突触形成进行活体成像分析，可以实现对相关分子过程的空间和时间分辨率的观察。然而，迄今为止所采用的手动且耗时的成像分析方法限制了高通量、全面性的研究。本文重点关注突触前形成的早期阶段，即由Liprin-α/SYD1种子位点的形成引发的突触前膜生成过程，这些位点在30至90分钟的时间内可能会稳定或解体。

结果

为了研究Liprin-α/SYD1种子位点的动态变化，我们开发了一种自动化分析流程，用于分析不同时间点活体成像获得的3D共聚焦图像，以研究早期突触形成过程中荧光标记的突触前蛋白的动态变化。该分析流程在数据分析软件Amira中实现，利用了分层分水岭算法，并设计了自动处理功能，同时提供手动校对选项。与之前的2D手动量化方法相比，这种自动化方法在低强度区域和密集种子位点区域中检测单个Liprin-α种子位点的灵敏度更高。此外，它显著减少了工作时间。为了解决自动化处理中可能出现的错误，我们增加了额外的校对步骤，允许手动修正Liprin-α种子位点的分割和分配，从而大幅提高了分析质量，同时仅使工作时间增加了10%，而总体工作时间相比2D手动分析方法减少了70%。

结论

突触生成过程是运动、学习和记忆形成等基本生理机制的基础。所开发的快速准确的半自动化3D分析流程将在这一分子过程的分析方面取得重大进展。