Metoda znajdowania komórek i zliczania ognisk występowania histonu γ-H2AX w obrazach na potrzeby detekcji dwuniciowych pęknięć DNA

• Autorzy: Wojciechowski P. , Bal A.

Warianty tytułu

EN

Method for cell finding and histone γ-H2AX foci counting in images for detecting DNA double-strand breaks

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Niniejsza praca opisuje algorytm automatyzujący proces zliczania ognisk histonu γ-H2AX w obrazach mikroskopowych. Ogniska te są miejscami, w których doszło do fosforylacji białka histonu H2AX w pozycji seryny 139 wskutek dwuniciowych pęknięć DNA. Propono-wana metoda działa dwuetapowo. Najpierw w obrazie mikroskopowym selekcjonowane są obiekty uznawane za komórki, a następnie na obszarze tych obiektów poszukiwane są miejsca wyznakowane barwnikiem fluorescencyjnym związanym z przeciwciałem anty-γ-H2AX - miejsca te wskazują na lokalizację ognisk γ-H2AX.

EN

This paper describes an algorithm for automating the process of counting foci of histone γ-H2AX in microscope images. Foci are the places where there occurred H2AX protein phosphorylation on Ser139 site in response to DNA double-strand breaks (DSBs). In a γ-H2AX genotoxic test the number of foci per a single cell is counted. The proposed method works in two stages. The first stage is segmentation of a microscopic image (Fig. 1a) for selecting cell regions. For this purpose fusion of binarization methods is used - for the each pixel the result is obtained by comparison of the results from the Otsu method, the triangle method and the method in which the threshold is equal to the image average brightness. The pixel is classified as an object's pixel when at least two methods give such results. For improving segmentation results a morphological filter is used. The results (Fig. 1b) usually comprise regions representing single cells (Fig. 1c) and a set of agglomerated cells (Fig. 1d). A modified watershed segmentation and region classify method is used for separation of agglomerated cells into regions representing only one cell. The final result (Fig.1e) contains only regions representing single cells. In the second stage for each single cell region the foci (which are marked with a fluorescent indicator joined with anti- γ-H2AX antibody) are found (Fig. 3) with use of watershed segmentation on the pseudogradient image (which is obtained by aggregation of the results of cell image binarization with different thresholds; Fig. 2). The final results in form of foci number as a function of time after irradiation (Fig. 4) are similar to the test results of non-lethal DNA damages founded in the literature (e.g. [5]) - this allows stating that the presented method gives good results.

Słowa kluczowe

PL

γ-H2AX; pęknięcia DNA dwuniciowe; przetwarzanie obrazów; obrazy biomedyczne; segmentacja wododziałowa

EN

γ-H2AX; double-strand breaks (DSB); image processing; biomedical images; watershed segmentation

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 58, nr 4
• Strony: 387--390
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., wykr., wzory

Twórcy

autor

Wojciechowski P.

autor

Bal A.

• Politechnika Śląska, ul. Akademicka 16, 44-100 Gliwice,

Bibliografia

• [1] Barber P. R., Locke R. J., Pierce G. P., Rothkamm K., Vojnovic B.: Gamma-H2AX foci counting: image processing and control software for high-content screening, Proc. SPIE 6441, 2007.
• [2] Beucher S., Lantuéjoul Ch.: Use of watersheds in contour detection, w International Workshop on Image Processing: Real-time Edge and Motion Detection/Estimation, Rennes, Francja, wrzesień 1979.
• [3] Bow S. T.: Pattern recognition and image preprocessing. CRC Press, 2002.
• [4] Gonzales R. C., Woods R. E.: Digital Image Processing, Prentice Hall, 2007.
• [5] Marti T. M., Hefner E., Feeney L, Natale V., Cleaver J. E.: H2AX phosphorylation within the G1 phase after UV irradiation depends on nucleotide excision repair and not DNA double-strand breaks, PNAS 2006, vol. 103, no. 26, str. 9891-989.
• [6] Otsu N.: A threshold selection method from gray-level histo-grams, IEEE Trans. Sys., Man., Cyber. 9, 1979, str. 62-66.
• [7] Podhorecka M.: γ-H2AX jako marker dwuniciowych pęknięć; Postępy Hig Med Dosw. 63, 2009, str. 92-98.
• [8] Soille P.: Morphological Image Analysis: Principles and Applications, Springer-Verlag New York, Inc., 2003.
• [9] Wojewódzka M., Szumiel I.: Ogniska histonu γ-H2AX - marker pęknięć podwójnoniciowych DNA, Post. Techn. Jądr. 49, 2006, str. 15-18.
• [10] Tadeusiewicz R., Flasiński M.: Rozpoznawanie obrazów, Seria: Problemy Współczesnej Nauki i Techniki. Informatyka, PWN, Warszawa 1991.
• [11] Tadeusiewicz R., Korohoda P.: Komputerowa analiza i przetwarzanie obrazów, Seria: Społeczeństwo Globalnej Informacji., Wydawnictwo Fundacji Postępu Telekomunikacji, Kraków, 1997.
• [12] Watson J. D., Baker T. A., Bell S. P., Gann A. A. F., Levine M., Losick R. M.: Molecular Biology of the Gene, Benjamin Cummings, 2007.
• [13] Zack G. W., Rogers W. E., Latt S. A.: Automatic measurement of sister chromatid exchange frequency, Journal of Histochemistry and Cytochemistry, vol. 25, no. 7., 1977.