VIČAR, Tomáš, Jaromír GUMULEC, Radim KOLAR, Olga KOPECNA, Eva PAGACOVA, Iva FALKOVA a Martin FALK. DeepFoci: Deep learning-based algorithm for fast automatic analysis of DNA double-strand break ionizing radiation-induced foci. Computational and Structural Biotechnology Journal. Amsterdam: Elsevier, 2021, roč. 19, č. 2021, s. 6465-6480. ISSN 2001-0370. Dostupné z: https://dx.doi.org/10.1016/j.csbj.2021.11.019.
Další formáty:   BibTeX LaTeX RIS
Základní údaje
Originální název DeepFoci: Deep learning-based algorithm for fast automatic analysis of DNA double-strand break ionizing radiation-induced foci
Autoři VIČAR, Tomáš (203 Česká republika, domácí), Jaromír GUMULEC (203 Česká republika, domácí), Radim KOLAR (203 Česká republika), Olga KOPECNA (203 Česká republika), Eva PAGACOVA (203 Česká republika), Iva FALKOVA a Martin FALK (203 Česká republika, garant).
Vydání Computational and Structural Biotechnology Journal, Amsterdam, Elsevier, 2021, 2001-0370.
Další údaje
Originální jazyk angličtina
Typ výsledku Článek v odborném periodiku
Obor 10608 Biochemistry and molecular biology
Stát vydavatele Nizozemské království
Utajení není předmětem státního či obchodního tajemství
WWW URL
Impakt faktor Impact factor: 6.155
Kód RIV RIV/00216224:14110/21:00123920
Organizační jednotka Lékařská fakulta
Doi http://dx.doi.org/10.1016/j.csbj.2021.11.019
UT WoS 000731411300007
Klíčová slova anglicky DNA Damage and Repair; Ionizing Radiation-Induced Foci (IRIFs); Biodosimetry; Deep Learning; Convolutional Neural Network; Morphometry; Confocal Microscopy; Image Analysis
Štítky 14110518, rivok
Příznaky Mezinárodní význam, Recenzováno
Změnil Změnila: Mgr. Tereza Miškechová, učo 341652. Změněno: 24. 1. 2022 08:36.
Anotace
DNA double-strand breaks (DSBs), marked by ionizing radiation-induced (repair) foci (IRIFs), are the most serious DNA lesions and are dangerous to human health. IRIF quantification based on confocal microscopy represents the most sensitive and gold-standard method in radiation biodosimetry and allows research on DSB induction and repair at the molecular and single-cell levels. In this study, we introduce DeepFoci - a deep learning-based fully automatic method for IRIF counting and morphometric analysis. DeepFoci is designed to work with 3D multichannel data (trained for 53BP1 and gamma H2AX) and uses U-Net for nucleus segmentation and IRIF detection, together with maximally stable extremal region-based IRIF segmentation. The proposed method was trained and tested on challenging datasets consisting of mixtures of nonir-radiated and irradiated cells of different types and IRIF characteristics - permanent cell lines (NHDFs, U87) and primary cell cultures prepared from tumors and adjacent normal tissues of head and neck cancer patients. The cells were dosed with 0.5-8 Gy-gamma-rays and fixed at multiple (0-24 h) postirradiation times. Under all circumstances, DeepFoci quantified the number of IRIFs with the highest accuracy among current advanced algorithms. Moreover, while the detection error of DeepFoci remained comparable to the variability between two experienced experts, the software maintained its sensitivity and fidelity across dramatically different IRIF counts per nucleus. In addition, information was extracted on IRIF 3D morphometric features and repair protein colocalization within IRIFs. This approach allowed multiparameter IRIF categorization of single- or multichannel data, thereby refining the analysis of DSB repair processes and classification of patient tumors, with the potential to identify specific cell subclones. The developed software improves IRIF quantification for various practical applications (radiotherapy monitoring, biodosimetry, etc.) and opens the door to advanced DSB focus analysis and, in turn, a better understanding of (radiation-induced) DNA damage and repair. (C) 2021 The Authors. Published by Elsevier B.V. on behalf of Research Network of Computational and Structural Biotechnology.
Návaznosti
LM2018140, projekt VaVNázev: e-Infrastruktura CZ (Akronym: e-INFRA CZ)
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, e-Infrastruktura CZ
MUNI/A/1307/2019, interní kód MUNázev: Kardiovaskulární systém od A do Z (Akronym: KAVASAZ)
Investor: Masarykova univerzita, Kardiovaskulární systém od A do Z, DO R. 2020_Kategorie A - Specifický výzkum - Studentské výzkumné projekty
MUNI/A/1453/2019, interní kód MUNázev: Příspěvek ke studiu molekulární, buněčné, tkáňové a systémové patofyziologie vybraných komplexních nemocí
Investor: Masarykova univerzita, Příspěvek ke studiu molekulární, buněčné, tkáňové a systémové patofyziologie vybraných komplexních nemocí, DO R. 2020_Kategorie A - Specifický výzkum - Studentské výzkumné projekty
ROZV/28/LF26/2020, interní kód MUNázev: Metoda analýzy dvouvláknových zlomů DNA na základě konfokální mikrosi
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Metoda analýzy dvouvláknových zlomů DNA na základě konfokální mikroskopie, Interní rozvojové projekty
VytisknoutZobrazeno: 18. 7. 2024 22:23