Zellzyklus-Analyse in HeLa-Zellen

Diese Application Note zeigt, wie Cytely Zellzyklusphasen anhand morphologischer Merkmale klassifiziert, die aus einer Standard-Kernfärbung adhärenter HeLa-Zellen gewonnen werden. Der Ansatz kombiniert automatisierte Segmentierung mit interaktivem Gating, um eine reine mitotische Population zu isolieren und dabei den räumlichen Kontext zu erhalten.

In dieser Note vorgestellte Kernfunktionen:

  • Visualisierung morphologischer Heterogenität in einer Zellpopulation
  • Identifizierung von Zellzyklusphasen (G0/G1, S/G2, M) anhand der Kernmorphologie
  • Sequenzielles Gating zur Isolierung und Quantifizierung mitotischer Zellen mit hoher Reinheit
  • Komplexe Zellzyklus-Analyse ohne Spezialfarbstoffe; unterstützt retrospektive Analysen

Experimentelle Methode

HeLa-Zellen wurden kultiviert und mit einem Standard-Kernfarbstoff gefärbt. Die Bildgebung erfolgte an adhärenten Zellen, um die Morphologie zu erhalten. Cytely verarbeitete die Bilder mittels automatisierter Objektdetektion (Zellkerne) und Messung morphologischer Parameter (z. B. Fläche, Zirkularität, Haupt-/Nebenachsen, Intensität).

Vollständiger Versuchs- und Analyse-Workflow
Abbildung 1: Vollständiger Versuchs- und Analyse-Workflow. Der Prozess beginnt mit Zellkultur und Fluoreszenzmarkierung, gefolgt von der Bildaufnahme. Anschließend führt Cytely eine automatisierte Segmentierung und Merkmalsextraktion durch, die interaktives Gating und Analysen bis hin zur finalen Populationsquantifizierung ermöglicht.

Datenanalyse in Cytely

  1. Upload: Die Bilder wurden über die Weboberfläche von Cytely hinzugefügt.
  2. Segmentierung: Automatisierte Detektion der Zellkerne und Messung von Morphologie und Intensitäten.
  3. Sequenzielle Streudiagramme: Aus Größe und Intensität abgeleitete Proxys trennten G0/G1-, S/G2- und mitotische Populationen.
  4. Isolierung mitotischer Zellen: Ein abschließendes Gate auf Haupt- vs. Nebenachsenlänge isolierte gestreckte, sich teilende Zellen.
Interaktive Analyseoberfläche von Cytely
Abbildung 2: Interaktive Analyseoberfläche von Cytely. Der Workflow nutzt eine Abfolge von Streudiagrammen für die Analyse. Ein erstes Diagramm (links) isoliert gesunde Einzelzellen. Ein zweites Diagramm der mittleren DAPI-Intensität gegen die Fläche (Mitte) trennt Interphasezellen von einer mutmaßlich mitotischen Population. Ein letztes Diagramm der Haupt- gegen die Nebenachsenlänge (rechts) verfeinert die Auswahl, um gestreckte, sich teilende Zellen zu isolieren; darunter werden die zugehörigen Bildausschnitte zur sofortigen visuellen Überprüfung angezeigt.

Ergebnisse

Drei Hauptpopulationen wurden anhand der Morphologie unter Erhalt des räumlichen Kontexts klassifiziert. Repräsentative Ausschnitte gegateter Zellen bestätigen den Phänotyp bei visueller Prüfung. Quantifizierung über den gesamten Datensatz:

  • G0/G1: 65 %
  • S/G2: 23 %
  • Mitose: 3 %
  • Sonstige: 9 %
Isolierung der reinen mitotischen Zellpopulation
Abbildung: Isolierung der reinen mitotischen Zellpopulation. Das Streudiagramm zeigt das abschließende Gate, das anhand der Haupt- gegen die Nebenachsenlänge auf die Zellen angewendet wurde. Die Bildausschnitte darunter zeigen nur die ausgewählten Zellen und bestätigen deren gestreckte Kernmorphologie, die für Metaphase und Anaphase charakteristisch ist. (A) Mitotische Zellen mit kondensierten Chromosomen und gestreckter Kernmorphologie. (B) Zellen in der G0/G1-Phase mit kleinen Zellkernen und geringerer DAPI-Intensität. (C) Zellen in der S/G2-Phase mit größeren Zellkernen und höherer DAPI-Intensität.

Fazit

Cytely macht die Zellzyklus-Analyse zu einem schnellen, intuitiven Workflow. Automatisierte Segmentierung in Kombination mit multiparametrischem Gating ermöglicht die präzise Quantifizierung von Zellzyklusphasen mit einer Standard-Kernfärbung. Der Workflow erhält den räumlichen Kontext und bietet eine sofortige visuelle Bestätigung, was reproduzierbare, publikationsreife Ergebnisse liefert.

  • Macht komplexe Protokolle mit mehreren Farbstoffen überflüssig
  • Ermöglicht die retrospektive Analyse vorhandener Datensätze
  • Erhält den räumlichen Kontext, der in der Durchflusszytometrie verloren geht
  • Sofortige visuelle Validierung gegateter Populationen