爬行3D的作用细胞机械敏感性

背景

细胞迁移在胚胎发生、组织再生、免疫监测和癌症转移等众多生理过程中发挥着重要作用(Friedl和Gilmour, 2009;弗里德尔和沃尔夫，2003年;Krummel等人，2016;斯卡帕和市长，2016;Worbs et al.， 2017)。在活的有机体内，细胞面对包含包含其他细胞类型和细胞外基质的复杂和狭窄的三维（3D）微环境。为了有效地迁移，细胞需要在保持核完整性和生存能力的同时通过这种微环境导航其方式（Davidson等，2014年; Petrie等，2014; Wolf等，2013）。

尽管已经观察到细胞外基质组成、形态和弹性对细胞迁移有显著影响(Pickup et al.， 2014;沃尔夫和弗里德尔，2011年;Yamada et al.， 2019)，细胞也积极感知和重塑周围的基质以促进运动(Doyle et al.， 2015;Provenzano等人，2008)。例如，在三维间充质细胞迁移过程中，细胞使用板椭圆体突起和整合素为基础的局点粘连的组合来探测基质的几何和力学性能(Plotnikov和Waterman, 2013)。当它们迁移时，它们通过蛋白酶降解基质蛋白和物理变形基质组分来重塑基质(Doyle等，2021;Yamada and Sixt, 2019)。然而，免疫细胞等变形虫细胞在受限三维微环境中迁移的机制尚不清楚。变形虫细胞通过适应环境而不是重塑环境而快速迁移，并且黏附极少(Hons et al.， 2018;Liu et al.， 2015; Wolf et al., 2003). Recent studies indicate that by actively changing their shape, amoeboid cells probe their environment and identify larger pores over smaller ones (Renkawitz et al., 2019). If the cell must migrate through a smaller pore, it actively deforms itself while transiently dilating the pore. Despite these observations, how amoeboid cells sense the forces imposed on them, and how they counteract these forces for motility are still underinvestigated.

在这个新的预印刷品中，Gaertner等等。调查3D免疫细胞机械机如何通过将外在机械负载施加到限制性环境以及将它们的观察结果应用于限制性环境来响应力体内淋巴结归巢试验。

主要发现

为了了解Amoeboid细胞如何应对变化刚度的压缩载荷，作者将从生理刚度范围内的非可降解琼脂糖铸造的小鼠分离的树突细胞重叠。在这种机械负载下，刚度增加（低：2.5kpa;中间体：10kPa，高：17.5kPa），动力减少，并且细胞开始从典型的连续迁移模式到停止和去的运动模式。值得注意地，在中间刚度的琼脂糖下迁移的树突状细胞产生小肌动蛋白的富含焦点，分散在细胞面积上，在细胞体周围具有大量积聚。为了确定与底层基质的细胞粘附是为了形成这些肌动蛋白谱系，作者在钝化的盖玻片和琼脂糖铸造之间的细胞培养细胞。在这种情况下，肌动蛋白焦点继续开发证明细胞基板粘连不需要产生这些不同的肌动蛋白枢纽。随着时间的推移，这些肌动蛋白焦点形成细长条纹。使用共聚焦显微镜和相关的光和扫描电子显微镜，作者观察到条纹是类似的表面结构，其延伸到琼脂糖铸造中（图1）。

图1所示。扫描电镜图像显示树突状细胞被10kPa琼脂糖凝胶覆盖。上面板显示了横跨单元格前缘的部分。下图显示了包含细胞核的细胞体截面。蓝色虚线表示细胞核，黑色箭头表示垂直形成的肌动蛋白尖。改编自图1J (Gaertner et al. 2021)。

为了确定参与形成这些肌动蛋白焦点/尖刺的分子，作者抑制了调节皮质肌动蛋白细胞骨架的formmins和Arp2/3-肌动蛋白核因子。SMIFH2对formin的抑制显示了细胞运动性的轻微下降，而CK666对Arp2/3的抑制导致了细胞运动性的大幅下降，细胞大部分时间处于停滞状态。尽管Arp2/3复合物可以被Wiskott-Aldrich综合征蛋白(WASp)和WASp家族verprolin同源蛋白(WAVE)家族的核促进因子激活，但WASp的耗尽而不是WAVE复合物的耗尽扰乱了在琼脂糖胁迫下迁移的树突状细胞中的肌动蛋白焦点和尖刺的形成。此外，WASp-EGFP在树突状细胞中形成的点状结构与肌动蛋白灶的分布和流动模式密切相似。重要的是，肌动蛋白焦点的数量与速度的相互关系显示，焦点的形成先于细胞加速1-2分钟。这表明，肌动蛋白焦点可以作为先决条件的细胞结构组装，以提高琼脂糖施加的负载，以促进细胞迁移。

接下来，作者继续使用一个在生理环境中测试他们的观察体内淋巴结归巢试验。为此，他们将野生型(WT)和黄蜂-/-树突状细胞注射到WT受体小鼠的脚垫中。24小时后，他们测量了这些树突细胞向腘窝淋巴结引流的募集情况。值得注意的是，与WT对照组相比，WASp-/-树突状细胞的募集明显减少。接下来，为了测试在其他免疫细胞类型中是否也存在类似的机制，作者从小鼠中纯化了WASp-/- naïve T细胞。与他们在局限的树突状细胞中观察到的一致，WT T细胞在覆盖中度硬度的琼脂糖铸模时聚集了高度动态的肌动蛋白聚焦。这些病灶在WASp-/- T细胞中几乎消失。接下来，作者调查了WASp-/- T细胞home到腘窝淋巴结的能力。有趣的是，尽管WASp-/- T细胞能够成功迁移到淋巴结，但它们的平均速度降低了。总之，这些数据表明，髓系和淋巴系造血细胞在压缩载荷下采用垂直wasp驱动的突出物进行3D迁移。 Finally, WASp-deficient patients display congenital immunodeficiency resulting from defective T cell functions. These observations provide mechanistic insights into the impaired cell migration noted in X-linked WAS.

我喜欢这个预印刷品

在这项研究中，作者解决了阿米巴细胞如何在3D中机械感测和响应外力的问题。使用巧妙的简化方法和体内淋巴结测定，它们发现细胞通过激活黄蜂介导的肌动蛋白聚合来抵消外部力。这导致肌动蛋白尖峰的组装使得细胞在迁移之前将细胞“提升”负载。我喜欢作者如何使用聪明的方法来解析3D迁移后面的机制以响应力量。

作者的问题

1. 观察到细胞组装垂直肌动蛋白尖峰推动负荷是有趣的。如果这些尖峰在核周围的频率/密度处发生较高的频率/密度，我很好奇？
2. 我想知道WASP - / - 树突状细胞是否会在与WT树突细胞一起注射到黄蜂 - / - 小鼠的脚板上时归巢给Popliteal淋巴结的类似缺陷？

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标签:肌瘤细胞骨架那变形的能动性那细胞迁移那约束那白细胞那机械负荷那Wiskott-Aldrich综合征蛋白质

发表于：2021年6月24日

DOI：https://doi.org/10.1242/prights.29782

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