Clasificación de las primeras etapas de división embrionaria de múltiples especies de Caenorhabditis mediante...

Área de la Ciencia:

• Biología del desarrollo
• Biología computacional
• Biología evolutiva

Sus antecedentes:

• La primera división embrionaria en Caenorhabditis elegans es un modelo clave para la división celular asimétrica.
• Comprender la divergencia evolutiva de los eventos celulares requiere un análisis comparativo entre especies.
• La microscopía de contraste de interferencia diferencial (DIC) sin etiqueta es crucial para los estudios comparativos debido a los desafíos en el etiquetado molecular.

Objetivo del estudio:

• Para comparar las redes neuronales convolucionales profundas (CNN) para automatizar la clasificación de la etapa celular en películas de microscopía DIC sin etiqueta.
• Interpretar los resultados de estas redes y liberar código y pesos como OpenSource.
• Evaluar la generalización de modelos de aprendizaje profundo para clasificar las etapas de división celular embrionaria de nematodos entre especies.

Principales métodos:

• Entrenó múltiples CNN, incluidas ResNet, VggNet, EfficientNet y una EvoCellNet personalizada, para clasificar cuatro etapas distintas de división celular (migración pro-nuclear, centración y rotación, desplazamiento del huso, citocinesis).
• Se utilizaron cuadros etiquetados manualmente de series temporales de microscopía DIC de embriones de nematodos.
• Evaluación de la precisión de la red en los datos de ensayo de 23 especies diferentes de nematodos.

Principales resultados:

• Se logró una precisión del 91% o mayor en la clasificación de las etapas de división celular en 23 especies de nematodos.
• Encontró que los vectores de activación de la escasa EvoCellNet se correlacionan con la localización espacial de las características intracelulares como el pro-núcleo y el huso.
• Demostró robustez en la clasificación de series temporales DIC comparables, aunque el éxito se limitó a las características morfológicas conservadas.

Conclusiones:

• Las redes de aprendizaje profundo pueden generalizar efectivamente los cambios morfológicos en los embriones de nematodos en todas las especies.
• La tubería desarrollada captura la cronología de la división celular basada en características intracelulares de bajo nivel biológicamente relevantes.
• Este enfoque mejora el estudio de la divergencia evolutiva en los mecanismos celulares utilizando microscopía sin etiqueta.