細胞接触誘導はギャップの回避から生じる

Cellular Contact Guidance Emerges from Gap Avoidance.

• Antonetta B C Buskermolen
• Tommaso Ristori
• Dylan Mostert
• Mark C van Turnhout
• Siamak S Shishvan
• Sandra Loerakker
• Nicholas A Kurniawan
• Vikram S Deshpande
• Carlijn V C Bouten

抄録

異方性の生化学的パターンや地形的パターンが存在する場合、細胞はこれらの合図の方向に整列する傾向があり、"接触誘導"として広く報告されている現象である。接触誘導の起源を調べるために、ここでは、数桁に及ぶ寸法のフィブロネクチンの平行線でマイクロパターン化された基質を作成した。実験データの定量的な形態解析により、焦点接着の強制的な整列では説明できない、合図の長さのスケールによって支配される接触誘導の2つの領域が明らかになった。生細胞の統計力学的枠組みに基づいた不均一な基質上での細胞リモデリングの計算シミュレーションを採用し、接触誘導が異方的な細胞形状の揺らぎと「ギャップ回避」、すなわち非接着性ギャップ上での細胞接着のエネルギー的なペナルティから生じることを示した。したがって、我々の知見は、特定の分子経路を呼び出す必要はなく、細胞接触誘導の基礎となる一般的な生物物理学的メカニズムを示唆している。

In the presence of anisotropic biochemical or topographical patterns, cells tend to align in the direction of these cues-a widely reported phenomenon known as "contact guidance." To investigate the origins of contact guidance, here, we created substrates micropatterned with parallel lines of fibronectin with dimensions spanning multiple orders of magnitude. Quantitative morphometric analysis of our experimental data reveals two regimes of contact guidance governed by the length scale of the cues that cannot be explained by enforced alignment of focal adhesions. Adopting computational simulations of cell remodeling on inhomogeneous substrates based on a statistical mechanics framework for living cells, we show that contact guidance emerges from anisotropic cell shape fluctuation and "gap avoidance," i.e., the energetic penalty of cell adhesions on non-adhesive gaps. Our findings therefore point to general biophysical mechanisms underlying cellular contact guidance, without the necessity of invoking specific molecular pathways.

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