3D mesenchymal cell migration is driven by anterior cellular contraction that generates an extracellular matrix prestrain.
3D mesenchymal cell migration is driven by anterior cellular contraction that generates an extracellular matrix prestrain.
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DOI：
10.1016/j.devcel.2021.02.017
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发表时间：
2021-03-22
影响因子：
11.8
通讯作者：
Yamada KM
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Doyle AD;Sykora DJ;Pacheco GG;Kutys ML;Yamada KM
我们描述了成纤维细胞和间充质癌细胞在3D胶原凝胶中迁移的细胞收缩机制。在3D铺展过程中，成纤维细胞使基质强烈变形。它们突出，伸展，并开始向最高细胞外基质（ECM）变形（预应变）的方向迁移。这种预应变是通过前细胞收缩后的前缘前突出，协调不同的细胞类型之间的不同的3D迁移周期。肌球蛋白IIA是应变极化所必需的，产生前收缩，并维持有效的定向细胞迁移的预应变。局部基质切断破坏基质预应变，抑制定向突出。我们发现，上皮癌和内皮细胞很少表现出持续的预应变或前收缩。我们提出间充质细胞在3D中感知ECM刚度并产生它们自己的基质预应变。这需要肌球蛋白IIA产生极化周期性前收缩以维持3D迁移周期。Doyle等人表明，在3D环境中，高度迁移的间充质细胞使用位于前缘和细胞核之间的前收缩来产生大的细胞外基质变形（预应变）并增强突出。肌球蛋白II收缩性和广泛的整合素连接介导这种迁移表型。
We describe a cellular contractile mechanism employed by fibroblasts and mesenchymal cancer cells to migrate in 3D collagen gels. During 3D spreading, fibroblasts strongly deform the matrix. They protrude, polarize, and initiate migration in the direction of highest extracellular matrix (ECM) deformation (prestrain). This prestrain is maintained through anterior cellular contractions behind the leading edge prior to protrusion, coordinating a distinct 3D migration cycle that varies between cell types. Myosin IIA is required for strain polarization, generating anterior contractions, and maintaining prestrain for efficient directional cell migration. Local matrix severing disrupts the matrix prestrain, suppressing directional protrusion. We show that epithelial cancer and endothelial cells rarely demonstrate the sustained prestrain or anterior contractions. We propose that mesenchymal cells sense ECM stiffness in 3D and generate their own matrix prestrain. This requires myosin IIA to generate polarized periodic anterior contractions for maintaining a 3D migration cycle. Doyle et al. show that, in 3D environments, highly migratory mesenchymal cells use anterior contractions, localized between the leading edge and nucleus, to generate a large extracellular matrix deformation (prestrain) and enhance protrusion. Myosin II contractility and extensive integrin ligation mediate this migration phenotype.
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