【資料圖】
2022年8月5日，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所徐濤課題組，胡俊杰課題組與計(jì)算技術(shù)研究所肖立團(tuán)隊(duì)在《Journal of Cell Biology》雜志上合作發(fā)表了題為“DeepContact: High throughput quantification of membrane contact site based on electron microscopy imaging”的方法學(xué)（Tools）文章，針對(duì)二維電鏡數(shù)據(jù)開發(fā)了一種基于深度學(xué)習(xí)的細(xì)胞器互作高通量統(tǒng)計(jì)分析方法，DeepContact。
近十幾年來(lái)，細(xì)胞器互作位點(diǎn)（membrane contact site, MCS）得到了生物學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。MCS是膜性細(xì)胞器之間形成的由蛋白復(fù)合體介導(dǎo)的動(dòng)態(tài)物理相互作用，在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，脂類運(yùn)輸，細(xì)胞器形態(tài)重構(gòu)等方面起到關(guān)鍵作用。然而，因缺乏高效的MCS統(tǒng)計(jì)量化工具，細(xì)胞器互作領(lǐng)域的發(fā)展受到嚴(yán)重限制。MCS熒光顯微成像因過(guò)表達(dá)熒光指示系統(tǒng)而引發(fā)不可避免的人為干擾因素。電子顯微鏡可獲取高分辨率細(xì)胞器全景圖像，適于挖掘納米尺度多種細(xì)胞器相互作用的定量信息。基于深度學(xué)習(xí)的高分辨三維體電鏡數(shù)據(jù)細(xì)胞器互作分析方法已然建立起來(lái)，但此類前沿方法對(duì)設(shè)備，機(jī)時(shí)，算力要求高，而生物樣本多具有高異質(zhì)性，三維體電鏡難于滿足統(tǒng)計(jì)相關(guān)性分析的樣本量需求。基于手動(dòng)分割的大樣本量二維電鏡數(shù)據(jù)分析可以得出生物學(xué)功能相關(guān)性結(jié)論，但方法在耗費(fèi)巨大人力的同時(shí)無(wú)法排除人為主觀判斷的影響。
DeepContact工作流程
DeepContact通過(guò)語(yǔ)義分割算法預(yù)測(cè)二維電鏡圖片中的不規(guī)則ER網(wǎng)絡(luò)的整體特征，運(yùn)用實(shí)例分割算法預(yù)測(cè)形狀規(guī)則細(xì)胞器形態(tài)特征，可分割量化細(xì)胞器形態(tài)參數(shù)，并通過(guò)提取細(xì)胞器邊緣信息進(jìn)一步量化特定細(xì)胞器間距上的MCS比率信息。可進(jìn)行無(wú)標(biāo)記輔助的準(zhǔn)確、靈活、直觀、全面的可視化和統(tǒng)計(jì)量化結(jié)果輸出，并可通過(guò)主動(dòng)學(xué)習(xí)方法將新細(xì)胞器形態(tài)高效的擴(kuò)展到細(xì)胞器預(yù)測(cè)模型中。
DeepContact可滿足細(xì)胞器互作與生物醫(yī)學(xué)功能相關(guān)性分析的需求。具備高通量樣本分析能力以及組織內(nèi)特異細(xì)胞類型分析能力，可擴(kuò)展應(yīng)用于細(xì)胞器互作網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)性研究、以及醫(yī)學(xué)超微病理學(xué)研究。
中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所徐濤院士、胡俊杰研究員，計(jì)算技術(shù)研究所肖立副研究員為本共同通訊作者。徐濤院士課題組博士后劉麗清，肖立團(tuán)隊(duì)碩士研究生楊樹鑫為文共同第一作者。計(jì)算技術(shù)研究所碩士研究生劉陽(yáng)和生物物理研究所生物成像中心李喜霞高級(jí)工程師參與了本項(xiàng)工作。電鏡制樣和數(shù)據(jù)收集工作得到了生物物理所生物成像中心相關(guān)工作人員的大力支持和幫助。本項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)項(xiàng)目，科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究計(jì)劃支持。
文章鏈接：https://rupress.org/jcb/article/221/9/e202106190/213379/DeepContact-High-throughput-quantification-of?searchresult=1
（供稿：徐濤研究組）
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