Cellular morphological features are predictive markers of cancer cell state.

Zellmorphologische Merkmale sind prädiktive Marker des Krebszellzustands.

Hücresel morfolojik özellikler, kanser hücresi durumunun öngörücü belirteçleridir.

Clicks: 374
ID: 171474
2020
Article Quality & Performance Metrics
Overall Quality
Not rated
Combines reader engagement with the AI quality analysis. This article has not been analysed, so there is no overall score — reader engagement is measured and shown alongside.
AI Quality Assessment
Not analyzed
Readership in this journal
Emerging

Ranked #13 of 87 articles by views in Computers in biology and medicine

Most read Least read

Bar heights use a square-root scale.

Mint this article as an NFT
Not yet minted

Create a permanent, verifiable on-chain record of this article on the Scimatic Network. The NFT is held in your Journament account, and you can withdraw it to your own wallet at any time.

5 SUSD one-off · no wallet required
Sign in to mint
Abstract
Even genetically identical cells have heterogeneous properties because of stochasticity in gene or protein expression. Single cell techniques that assay heterogeneous properties would be valuable for basic science and diseases like cancer, where accurate estimates of tumor properties is critical for accurate diagnosis and grading. Cell morphology is an emergent outcome of many cellular processes, potentially carrying information about cell properties at the single cell level. Here we study whether morphological parameters are sufficient for classification of single cells, using a set of 15 cell lines, representing three processes: (i) the transformation of normal cells using specific genetic mutations; (ii) metastasis in breast cancer and (iii) metastasis in osteosarcomas. Cellular morphology is defined as quantitative measures of the shape of the cell and the structure of the actin. We use a toolbox that calculates quantitative morphological parameters of cell images and apply it to hundreds of images of cells belonging to different cell lines. Using a combination of dimensional reduction and machine learning, we test whether these different processes have specific morphological signatures and whether single cells can be classified based on morphology alone. Using morphological parameters we could accurately classify cells as belonging to the correct class with high accuracy. Morphological signatures could distinguish between cells that were different only because of a different mutation on a parental line. Furthermore, both oncogenesis and metastasis appear to be characterized by stereotypical morphology changes. Thus, cellular morphology is a signature of cell phenotype, or state, at the single cell level.
Selbst genetisch identische Zellen weisen aufgrund der Stochastizität der Gen- oder Proteinexpression heterogene Eigenschaften auf. Einzelzellmethoden zur Erfassung heterogener Eigenschaften wären sowohl für die Grundlagenforschung als auch für Erkrankungen wie Krebs von großem Wert, bei denen eine präzise Bestimmung der Tumoreigenschaften für eine exakte Diagnose und ein akkurates Grading entscheidend ist. Die Zellmorphologie ist ein emergentes Resultat zahlreicher zellulärer Prozesse und trägt potenziell Informationen über Zelleigenschaften auf Einzelzellebene in sich. In dieser Arbeit untersuchen wir anhand eines Datensatzes von 15 Zelllinien, die drei biologische Prozesse repräsentieren, ob morphologische Parameter für die Klassifizierung von Einzelzellen ausreichen: (i) die Transformation normaler Zellen durch spezifische genetische Mutationen; (ii) die Metastasierung beim Mammakarzinom und (iii) die Metastasierung bei Osteosarkomen. Die zelluläre Morphologie wird dabei über quantitative Maße der Zellform und der Aktinstruktur definiert. Wir verwenden eine Toolbox, die quantitative morphologische Parameter aus Zellbildern berechnet, und wenden diese auf Hunderte von Aufnahmen von Zellen verschiedener Zelllinien an. Mittels einer Kombination aus Dimensionsreduktion und maschinellem Lernen überprüfen wir, ob diese verschiedenen Prozesse spezifische morphologische Signaturen aufweisen und ob Einzelzellen allein anhand ihrer Morphologie klassifiziert werden können. Anhand morphologischer Parameter konnten wir die Zellen mit hoher Genauigkeit der korrekten Klasse zuordnen. Morphologische Signaturen konnten selbst zwischen Zellen unterscheiden, die sich lediglich durch eine unterschiedliche Mutation ausgehend von derselben Parentallinie unterschieden. Darüber hinaus scheinen sowohl die Onkogenese als auch die Metastasierung durch stereotype morphologische Veränderungen gekennzeichnet zu sein. Folglich stellt die Zellmorphologie eine Signatur des zellulären Phänotyps bzw. Zustands auf Einzelzellebene dar.
Genetik olarak özdeş hücreler dahi, gen veya protein ekspresyonundaki stokastisite nedeniyle heterojen özellikler sergiler. Heterojen özellikleri analiz eden tek hücre teknikleri; tümör özelliklerinin doğru belirlenmesinin kesin tanı ve derecelendirme açısından kritik olduğu kanser gibi hastalıklar ve temel bilimler için oldukça değerlidir. Hücre morfolojisi, birçok hücresel sürecin ortaya çıkan bir sonucu olup potansiyel olarak tek hücre düzeyindeki hücre özelliklerine dair bilgi taşır. Bu çalışmada; (i) spesifik genetik mutasyonlar kullanılarak normal hücrelerin transformasyonu, (ii) meme kanserinde metastaz ve (iii) osteosarkomlarda metastaz olmak üzere üç süreci temsil eden 15 hücre hattından oluşan bir set kullanarak morfolojik parametrelerin tek hücrelerin sınıflandırılması için yeterli olup olmadığını araştırmaktayız. Hücresel morfoloji, hücre şeklinin ve aktin yapısının nicel ölçümleri olarak tanımlanmaktadır. Hücre görüntülerinin nicel morfolojik parametrelerini hesaplayan bir araç kutusu kullanmakta ve bunu farklı hücre hatlarına ait yüzlerce hücre görüntüsüne uygulamaktayız. Boyut indirgeme ve makine öğreniminin bir kombinasyonunu kullanarak, bu farklı süreçlerin spesifik morfolojik imzalara sahip olup olmadığını ve tek hücrelerin yalnızca morfolojiye dayalı olarak sınıflandırılıp sınıflandırılamayacağını test etmekteyiz. Morfolojik parametreleri kullanarak hücreleri yüksek bir doğrulukla ait oldukları sınıflara sınıflandırabildik. Morfolojik imzalar, yalnızca atasal bir hat üzerindeki farklı bir mutasyon nedeniyle farklılık gösteren hücreleri dahi ayırt edebilmiştir. Dahası, hem onkojenezin hem de metastazın stereotipik morfoloji değişiklikleriyle karakterize olduğu görülmektedir. Dolayısıyla hücresel morfoloji, tek hücre düzeyinde hücre fenotipinin veya durumunun bir imzasıdır.
Reference Key
alizadeh2020cellularcomputers Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors Alizadeh, Elaheh;Castle, Jordan;Quirk, Analia;Taylor, Cameron D L;Xu, Wenlong;Prasad, Ashok;
Journal Computers in biology and medicine
Year 2020
DOI
S0010-4825(20)30375-9
URL
Keywords
Machine learning metastasis cell morphology actin cell shape cytoskeletal structure

Citations

No citations found. To add a citation, contact the admin at info@scimatic.org

Comments

No comments yet. Be the first to comment on this article.