ミオシンIIの周期的な振動が細胞と細胞の結合を機械的に修復し、心血管の強固な形成を実現する

Periodic Oscillations of Myosin-II Mechanically Proofread Cell-Cell Connections to Ensure Robust Formation of the Cardiac Vessel.

• Shaobo Zhang
• Xiang Teng
• Yusuke Toyama
• Timothy E Saunders

抄録

アクトミオシンネットワークは、発生時に細胞や組織の形態形成を制御するための主要な収縮機構を提供している。これらのネットワークは動的な再編成を受け、細胞が幅広い範囲の機械的作用を持つことを可能にしている。細胞がどのようにインビボで複雑なタスクを達成するために異なる機械的刺激を統合するかは不明のままである。ここでは、個々の細胞がパートナー細胞間で正確な細胞間接続を形成している細胞マッチングの文脈でこの問題を探求している。本研究では、ショウジョウバエの胚発生期における心臓形成の過程に着目し、細胞間接続の制御におけるアクトミオシンネットワークの動的な役割を研究した。その結果、筋肉以外のミオシンIIクラスターが心筋細胞内で4分間隔で周期的に振動していることを発見した。その結果、ミオシンIIクラスターの周期的な細胞内での局在と、細胞の前縁部での突起、引っ込み、結合の安定化、結合の分離などのフィロポディアのダイナミクスが相関していることを明らかにした。ミオシンIIの活性と振動パターンを乱すと、フィロポディアの特性と結合ダイナミクスが変化し、心筋芽細胞はミスマッチした状態になる。また、ミオシンIIの活性とフィロポディアの接着レベルを同時に変化させることで、ミオシンIIと接着のレベルがバランスよく保たれ、心筋細胞間の正確な結合性が確保されることをさらに実証した。これにより、心筋細胞内のミオシンIIの振動が定期的にフィロポディア接着強度をプローブし、細胞間の正確な接続形成を保証するという、ロバストな細胞マッチングの機械的校正機構を提案している。

Actomyosin networks provide the major contractile machinery for regulating cell and tissue morphogenesis during development. These networks undergo dynamic rearrangements, enabling cells to have a broad range of mechanical actions. How cells integrate different mechanical stimuli to accomplish complicated tasks in vivo remains unclear. Here, we explore this problem in the context of cell matching, where individual cells form precise inter-cellular connections between partner cells. To study the dynamic roles of actomyosin networks in regulating precise cell matching, we focused on the process of heart formation during Drosophila embryogenesis, where selective filopodia-binding adhesions ensure precise cell alignment. We find that non-muscle Myosin II clusters periodically oscillate within cardioblasts with ~4-min intervals. We observe that filopodia dynamics-including protrusions, retraction, binding stabilization, and binding separation-are correlated with the periodic localization of Myosin II clusters at the cell leading edge. Perturbing the Myosin II activity and oscillatory pattern alters the filopodia properties and binding dynamics and results in mismatched cardioblasts. By simultaneously changing the activity of Myosin II and filopodia adhesion levels, we further demonstrate that levels of Myosin II and adhesion are balanced to ensure precise connectivity between cardioblasts. Combined, we propose a mechanical proofreading machinery of robust cell matching, whereby oscillations of Myosin II within cardioblasts periodically probe filopodia adhesion strength and ensure correct cell-cell connection formation.

Copyright © 2020 Elsevier Inc. All rights reserved.