Профилирование динамики роста нейритов с помощью компьютерного зрения выявляет пространственно-временную модульность сигнальных путей Rho-GTPаз

Rho-гуанозинтрифосфатазы (GTPases) регулируют динамику цитоскелета, обеспечивающую рост нейритов. Этот процесс включает динамические циклы инициации, удлинения, ретракции и ветвления нейритов, которые, вероятно, регулируются специфическими пространственно-временными сигнальными сетями, не поддающимися выявлению с помощью статических анализов в установившемся состоянии. Мы представляем NeuriteTracker — метод компьютерного зрения для автоматической сегментации и отслеживания морфодинамики нейронов в данных временно́й микроскопии. Последующее извлечение признаков позволяет количественно оценивать динамические фенотипы роста нейритов. В системе культивируемых нейрональных клеток мы выявили набор стереотипных морфодинамических типов поведения при росте нейритов. Систематическое подавление экспрессии с помощью РНК-интерференции компонентов интерактома Rho-GTPаз, включающего 219 белков, выявило ограниченный набор морфодинамических фенотипов. В качестве доказательства концепции мы показали, что потеря функции двух различных специфичных для RhoA активаторов GTPаз (GAP) приводит к противоположным фенотипам роста нейритов. Визуализация динамики активации RhoA указывает на то, что оба GAP регулируют различные пространственно-временные пулы Rho-GTPаз, выполняющие разные функции. Полученные результаты создают основу для расшифровки пространственно-временных сигнальных сетей Rho-GTPаз, регулирующих рост нейритов.