3D-анализ ядерных биоконденсатов

Моя научная деятельность посвещенна исследованию взаимосвязи пространственной организации ядерных структур (телец Кахаля, PML-телец, спеклов, ядрышек) с клеточной функцией и старением.

Общие методологические навыки:

• Подготовка препаратов (для конфокального микроскопа, ТЭМ)
• Передовая микроскопия (конфокальная, электронная)
• Разработка вычислительных схем для 3D-сегментации
• Разработка open-source инструментов для развития пространственной цитологии

Важность 3D-анализа

Хотя конфокальная микроскопия генерирует 3D-данные, исследователи часто используют 2D-проекции для упрощения анализа (MDPI, 2021). Это скрывает критически важную информацию о:

• Динамике жидкофазного разделения (LLPS)
• Взаимодействиях хроматин-ядерные тельца
• Анизотропных распределениях, связанных с транскрипцией

Мои инструменты извлекают эти “скрытые” данные, а мои исследования — раскрывают их функциональное значение. Если кратко, то моя общая цель — укрепить взаимосвязь между биоинформатикой и клеточной морфологией.

Ключевые проекты: 3D-анализ ядерных телец

Чтобы глубоко понять принципы работы цитологических инструментов, мною разработан собственный макрос для анализа изображений. Написание кода с нуля дало мне полный контроль над обработкой клеточных данных.

Основные функции:

• Обработка 1000+ .lif файлов за <3 ч
• Количественный анализ:
  • Объём, интенсивность и распределение телец Кахаля/PML
  • Близость к хроматину (перекрытие с DAPI)
  • Кластерные паттерны LLPS
• Модульный дизайн для других структур (ядрышки, histone locus bodies)

Пример работы макроса по автоматической идентификации обьектов:

Автоматическая сегментация coilin+ телец (зелёные), конденсированного хроматина (красные) и деконденсированных областей (синие) в ядрах кумулюсных клеток.

Пример работы макроса по извлечению статистических данных:

Сравнение объёма всех коилин+-телец (ядер кумулюсных клеток) между группой m2 (2-3 мес., n=3) и группой m12 (12 мес., n=3). Точки на графике относятся к индивидуальным коилин+-тельцам (n=652).

Сравнение количества коилин+-телец в каждом ядре кумулюсных клеток между группой m2 (2-3 мес., n=3) и группой m12 (12 мес., n=3).

Образовательный проект: 3D-реконструкция ядра

Мною была создана 3D-модель ядра кумулюсной клетки на основе серийных конфокальных срезов. Проект объединяет методы микроскопии и вычислительного моделирования для создания интерактивного образовательного инструмента.

Результаты трехмерной реконструкции сегментированных объектов ядра кумулюсной клетки. Сегментированные объекты – контур ядра, DAPI и белок коилин.