Modellgestützte Segmentierung von Replikationsdomänen in dreidimensionalen konfokalen Mikroskopiebildern

Zusammenfassung

Zur Analyse der räumlichen Verteilung von Domänen früh- und spätreplizierender DNA im Zellkern wurde ein Verfahren entwickelt, das Spots in dreidimensionalen lichtoptischen Schnitten unter Berücksichtigung der mikroskopischen Punktbildfunktion segmentiert. Diese Replikationsdomänen besitzen je nach Art der zum Nachweis verwendeten Markierung eine stark unterschiedliche Ausdehnung, die zumeist dem mikroskopischen Auflösungsvolumen nahekommt. Der Intensitätsverlauf von Spots unterschiedlichen Volumens, aber homogener Intensität, wurde sowohl theoretisch als auch durch Erzeugung von Modellbildern und Simulation der mikroskopischen Abbildung berechnet. Die Intensität am Rand eines Spots relativ zur Maximalintensität zeigte dabei eine starke Abhängigkeit vom Spotvolumen, die sich durch eine monoton fallende Intensitäts-Volumen-Funktion beschreiben ließ. Das hier vorgestellte Segmentierungsverfahren findet zunächst Orte lokaler Intensitätsmaxima mit Hilfe eines oktaeder-ähnlichen Top-Hat-Filters. Ausgehend von diesen Orten werden die Spots durch einen iterativen 3D-Wachstumsprozeß segmentiert, wobei nach einem Iterationsschritt jedem Spot über die Intensitäts- Volumen-Funktion ein neuer, individueller Schwellwert zugeordnet wird. Anhand der Modellbilder konnte gezeigt werden, daß das Verfahren eine zuverlässige Bestimmung des Volumens von Spots im Zellkern erlaubt. Die funktionalen Unterschiede zwischen früh- und spätreplizierender DNA spiegelten sich sowohl im unterschiedlichen Volumen als auch in Verteilungsmustern wider.