Quantitative Analysis of Cell Migration Using Optical Flow

International audienceNeural crest cells exhibit dramatic migration behaviors as they populate their distant targets. Using a line of zebrafish expressing green fluorescent protein (sox10:EGFP) in neural crest cells we developed an assay to analyze and quantify cell migration as a population, and use it here to characterize in detail the subtle defects in cell migration caused by ethanol exposure during early development. The challenge was to quantify changes in the in vivo migration of all Sox10:EGFP expressing cells in the visual field of time-lapse movies. To perform this analysis we used an Optical Flow algorithm for motion detection and combined the analysis with a fit to an affine transformation. Through this analysis we detected and quantified significant differences in the cell migrations of Sox10:EGFP positive cranial neural crest populations in ethanol treated versus untreated embryos. Specifically, treatment affected migration by increasing the left-right asymmetry of the migrating cells and by altering the direction of cell movements. Thus, by applying this novel computational analysis, we were able to quantify the movements of populations of cells, allowing us to detect subtle changes in cell behaviors. Because cranial neural crest cells contribute to the formation of the frontal mass these subtle differences may underlie commonly observed facial asymmetries in normal human populations.Les cellules de la crête neurale peuvent présenter des comportements migratoires cliniquement dramatiques lors de leur migration distante. En utilisant un marqueur exprimant la protéine fluorescente verte (SOX10: EGFP) dans les cellules de la crête neurale, nous avons développé un test pour analyser et quantifier la migration cellulaire en tant que population, et caractériser en détail les défauts subtils dans la migration cellulaire causée par l'exposition à l'éthanol, au début du développement neural. Le défi était de quantifier les changements dans la migration in vivo de toutes les cellues de type Sox10:EGFP observable dans le champ visuel des films réalisés à très basse fréquence. Pour réaliser cette analyse, nous avons utilisé un algorithme de flux optique pour la détection de mouvement et combiné l'analyse avec un ajustement par une transformation affine. Grâce à cette analyse, nous avons détectés et quantifiés des différences notoires dans les migrations cellulaires de populations soumises à l'éthanol, au regard d'embryons non traités. Plus précisément, la migration est affectée par unec augmentation de l'asymétrie gauche-droite des cellules migrantes et une modification de la direction des mouvements cellulaires. En appliquant cette analyse computationnelle, nous avons été en mesure de quantifier les mouvements de populations de cellules, permettant de détecter des changements subtils dans les comportements cellulaires. Les cellules de la crête neurale crânienne contribuant à la formation de la masse cranienne antérieure, ces asymétries sous-tendent fréquemment des asymétries faciales observés dans les populations humaines concernées