Optogenetic control of cell morphogenesis on protein micropatterns
Optogenetic control of cell morphogenesis on protein micropatterns
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细胞形态发生对蛋白质微模式的光遗传学控制
DOI：
10.1101/563353
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Mullins RD
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zieske K;Mullins RD
细胞形态发生对胚胎发育、组织形成和伤口愈合至关重要。然而，我们操纵内源性机制来控制细胞形状的能力仍然有限。在这里，我们将粘附分子的表面微图图化与细胞内信号通路的光遗传学激活相结合，以控制细胞突起的性质和形态。我们利用细胞骨架结构的几何依赖性预组织，以及控制肌动蛋白组装的信号通路的急性激活，创造了一种能够在特定细胞位置产生膜突起的工具。此外，我们发现粘附分子的微制造模式的大小影响细胞突出的分子机制：较大的模式使细胞产生充满肌动蛋白的板足，而较小的模式促进球形气泡的形成。这些细胞信号通路的光遗传扰动改变了水泡的大小并将其转化为板足。我们的研究结果证明了如何协调操作粘附几何和细胞骨架动力学可以用来控制膜突出和细胞形态发生。
Cell morphogenesis is critical for embryonic development, tissue formation, and wound healing. Our ability to manipulate endogenous mechanisms to control cell shape, however, remains limited. Here we combined surface micropatterning of adhesion molecules with optogenetic activation of intracellular signaling pathways to control the nature and morphology of cellular protrusions. We employed geometry-dependent pre-organization of cytoskeletal structures together with acute activation of signaling pathways that control actin assembly to create a tool capable of generating membrane protrusions at defined cellular locations. Further, we find that the size of microfabricated patterns of adhesion molecules influences the molecular mechanism of cell protrusion: larger patterns enable cells to create actin-filled lamellipodia while smaller patterns promote formation of spherical blebs. Optogenetic perturbation of signaling pathways in these cells changes the size of blebs and convert them into lamellipodia. Our results demonstrate how the coordinated manipulation of adhesion geometry and cytoskeletal dynamics can be used to control membrane protrusion and cell morphogenesis.
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