一种分析两个物体运动过程中接触情况的方法

2019/06/05 6422

作者：代亚丽

Kiss and Run Analysis XTension

今天给大家介绍 Imaris 软件里特别有意思的一个插件：Kiss and Run Analysis XTension，它可以计算两个个体运动过程中的接触情况。

先来看个例子帮助理解：

这个结果大概是这样的，37°下Tf-endosomal在早期内吞过程中具有高度的流动性，相比之下mitochondria体积较大、运动能力较弱。为了研究mitochondria与Tf-endosomal的相互作用对Tf-endosomal运动的影响，进行了活细胞长时程拍摄，利用MitoTracker orange标记MDCK-PTR细胞内的mitochondria，利用AF488-hTf pulse-chase assay 标记Tf-endosomal(A a)。采用Surface对mitochondria进行重构，spot标记Tf-endosomal (A b)。尽管所有Tf-endosomal都被spot标记，但是只有距离mitochondria surface表面为0的Tf-endosomal才会留下(kiss and run filter; A c )。B图时间序列图像很清楚的显示，在1386-2079ms期间，两者存在接触的现象，下方红色曲线进行了相应统计，证实这一现象。

软件分析方法和操作流程

接下来我们来看一下如何使用这个插件：

1. 按照上方例子的操作流程，我们首先需要对两个通道的信号分别构建surface和spot，当然，我们也可以用两个surface去识别我们的信号，关于如何构建surface和spot，如何选择构建surface-spot还是surface-surface，因篇幅有限，这里不做详细介绍。

2. 点击 tools-Kiss and Run Analysis，运行插件，出现下方显示框，这里给出了两种计算方法measurement ，下面会依次介绍。提前说明一下，为了区分和理解，这里两个通道的信号可以分别称之为target和tracked signal，对于上面的例子来说，mitochondria就是target，Tf-endosomal是 tracked signal 。

3.1 方法一 surface overlap（slower）

两个通道的信号都需用surface重构，对target和 tracked signal使用mask功能，构建出两个个体之间重合的区域，mask区域至少有一个重叠的体素，才会被认定为接触。这种方法的计算量非常大，计算的也比较慢。

Create ColocSurface如果勾选会计算出一个新的包含overlap区域的surface

3.2 方法二 Distance Transform（default）

以target信号构建出的surface边界为0点，向外进行距离变换（什么意思呢，这里要涉及到另一个插件Distance Transformation，它构建的新通道是以强度值来代表和surface表面距离的远近），然后根据这个新通道的信号值筛选一定距离范围之内的tracked signal，根据用户设定的距离Distance Threshold(um)判断什么情况属于接触。

Create distance transform channel 勾选的话会创建出这个新的通道

4. Track Statistics 中选择想要获得的参数，点击ANALYZE后，出现下面窗口，选择target surface，ok 即会开始分析。

5. 分析完成后，在数据窗口看结果，

以下是两种方法都可以得到的参数：

对于第一种方法，还多出了下面的两个参数，第一个是overlap区域的体积，第二个是target区域的体积

对于第二种方法，多的参数是指tracked signal到target的最短距离

实例展示

我们给大家举个例子来帮助理解以上的参数都是怎么计算的，我们以比较常用的第二种方法的分析过程展示，首先对信号进行三维重构。

运行插件，阈值设为0.1，分析完成的结果如下，

参数1 Distance to target，tracked signal到target表面的最短距离，曲线图纵坐标是距离值，横坐标表示时间；

参数2 Longest contact event（sec)；

最长连续接触时间，在阈值设为0.1的情况下，整个时间序列有两段连续接触（见图中红色和紫色框），第一段17.751---75.984，这段的接触时间计算方法（90.378+75.984）/2-（17.751+0）/2=74.3055；第二段104.906---134.816，同样的计算方法结果为44.3215，所以最长的接触时间是第一段74.3055。