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.2009年2月23日；184(4):481-90.
doi:10.1083/jcb.200810041。 Epub 2009年2月16日。

一维地形是三维纤维细胞迁移的基础

安德鲁·多伊尔 1, 弗朗西斯·W·王, 松本一介（Kazue Matsumoto）, 肯尼思·山田
附属公司

一维地形是三维纤维细胞迁移的基础

安德鲁·多伊尔等。 J细胞生物学. .

摘要

目前细胞迁移的概念是在常规的二维细胞培养中建立的，但对于细胞在定向三维纤维细胞外基质（ECM）中迁移，地形的作用还不清楚。我们使用一种称为microtopatterning（microPP）的新型微模式技术来识别三维细胞迁移中一维纤维模式的功能。与2D形成鲜明对比的是，细胞在1D和3D中的迁移都是快速的、单轴的，不依赖ECM配体密度，并且依赖肌球蛋白II的收缩性和微管（MT）。1D和3D迁移的特征还在于具有后部中心体的前部MT束。我们提出，细胞通过2D基质无法模拟的一维迁移机制快速通过3D纤维基质迁移。

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图1。
图1。
微图形PVA薄膜的生成。（A） 通过3-（氨基）丙基-三甲氧基硅烷（APTMS）和戊二醛（GA）与玻璃盖玻片偶联的单个PVA分子示意图。（B） PVA涂层表面（1）使用LSM 510 NLO META系统（卡尔蔡司公司）进行光烧蚀。（2） 由软件生成的ROI模板规定了消融模式。（3） 添加到培养皿中的蛋白质（红色）只能吸附到消融的部位。（C） 近距离使用的四个不同ROI模板的相位图。（D） 使用μPP进行连续消融，以在微米范围内生成纤维蛋白原（绿色虚线）、玻璃体凝集素（红色方块）和FN（蓝色圆圈）图案。驾驶员信息中心（DIC）图像显示在左下角。棒材：（C）20µm；和（D）5µm。
图2。
图2。
1D地形在功能上模拟3D纤维基质。（A） NIH-3T3成纤维细胞通过3D细胞衍生基质的快速迁移。（B）沿着定向FN纤维（红色）的细胞骨架排列（绿色，肌动蛋白）。（C） 单层～1.5-µm细胞系上的成纤维细胞模拟这种3D表型并持续迁移。（D） 与3D细胞衍生基质相比，不同FN配体密度下2D表面和1D纤维线上的细胞迁移率。（E）HK在2D、3D基质和1D细胞线上的迁移。（F） 棒材中基板上HK迁移率：（A、B和E）20µm；和（C）10µm.*，与2D相比P＜0.01，与0.5和1000 FN相比，P<0.05。误差条表示SEM。
图3。
图3。
协调的突起-回缩周期和独特的线性粘连与一维迁移相关。（A–C）2D（A）、3D矩阵（B）和1D线（C）上定向迁移细胞的前缘突起（红色）、胞体运动（绿色）和尾部收缩（蓝色）之间的协调。在A中，突起减小（填充箭头），直到尾部缩回。随着缩回开始（箭头打开），凸起恢复。3D矩阵和1D偏移都显示出有效的凸出-收缩循环。（D） 显示FAK、phospho-FAK定位的共焦图像397, α5-整合素和活化β1-整合素在1D纤维迁移和2D控制中的作用。（E，顶部）显示了使用TIRF（绿色）的含有GFP-vinculin的粘附力。一维迁移过程中GFP-vinculin粘附的Kymograph分析（中间）。红色方框（底部）显示前缘和后缘。红线、黄线和绿线分别表示前缘、细胞体下方和尾部粘连内的管状蛋白运动斜率。虚线表示单元格的初始位置。（F） 维库林的宽视野图像（顶部）显示了快速迁移细胞的拉长的领导层。TIRF显示了从前到后的梯度上的vinculin，延伸至后缘。（G） F中细胞的线扫描（F中的虚线）显示梯度图案（绿色）和靠近前缘的粘连（LE）。箭头指示迁移的方向。棒材，10µm。
图4。
图4。
纤维宽度和尺寸对细胞迁移的调节。（A） 用于细胞迁移跟踪的1、2.5、5、15和20µm宽线的三重线（括号内）。（B） 纤维宽度对纤维迁移率的双相效应。（C） 含GFP-vinculin的黏附在2.5µm线上的TIRF图像显示两组平行的黏附。箭头指示迁移的方向。（D） 成纤维细胞沿着多个1-µm线以3D/1D表型迁移。（E） 1D到2D ECM转换导致前缘扩散（箭头）和许多单元过程的形成（箭头）。红色方框表示下面的ROI时间延迟。（F） 2D中Rac siRNA敲除诱导缺乏1D中单一线性粘附的单轴表型，并且不会增加迁移率。*，与除多线外的所有条件相比，P<0.05；+，与15–40µm相比，P<0.05。Con，控制。误差线表示SEM。误差线为10µm。
图5。
图5。
ECM维度的细胞骨架调节。（A） 肌动蛋白（绿色）应力纤维（箭头）从前缘延伸到后缘，而稳定的乙酰化微管蛋白（红色）则向细胞前部紧密压实。（B） 3D基质（蓝色）中的细胞显示高水平的稳定Glu-tubulin（绿色）朝向前缘，其中主要含有Tyr-tuulin（红色）。该图显示了2D、3D和1D中的Glu/Tyr微管蛋白比率。（C） 在抗利尿激素治疗后，Glu-tubulin仍集中在沿基质极化的轴突样结构（箭头）中，而诺卡唑破坏了这种结构。（D） 在2D、3D和1D条件下比较blebbistatin（Bleb）和nocodazole（Noc）对细胞迁移的影响。（E） ECM地形/维度对细胞形态和迁移的影响总结。星号表示中心体。（B和D）*，与2D相比P<0.05。误差线表示SEM。误差线为10µm。
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