细胞外基质调控三维迁移癌细胞的形态动力学
细胞行为
2021-10-12 v2 生物物理
摘要
细胞形状与细胞功能相关。细胞形态动力学（即细胞形状的时序涨落）的意义则远未被理解。在此，我们研究 MDA-MB-231 细胞在 I 型胶原细胞外基质（ECM）中的形态动力学。我们通过调节胶原浓度、排列和凝胶温度来系统性地改变 ECM 的物理性质。我们发现，三维迁移细胞的形态动力学受 ECM 力学外部控制，并受 Rho 信号通路内部调节。我们采用机器学习将细胞形状分类为四种不同的形态表型，每种对应一种独特的迁移模式。由此，我们将介观尺度的细胞形态动力学映射为形态表型的时间演化。我们刻画了不同 ECM 条件下的介观尺度动力学，包括出现概率、驻留时间和转移矩阵，其展示了复杂的表型景观及表型转移的最优路径。鉴于该介观尺度动力学，我们表明三维癌细胞运动是一个隐马尔可夫过程，其中细胞迁移的步长分布与同时发生的细胞形态动力学相耦合。我们还表明，形态表型转移有助于癌细胞在 non-uniform ECM（非均匀细胞外基质）中导航，例如穿越具有两种不同微结构的基质之间的界面。总之，我们证明三维迁移癌细胞表现出丰富的形态动力学，其受 ECM 力学、Rho 信号通路调控，并与细胞运动性密切相关。我们的结果为正常与恶性细胞形态动力学的功能理解和力学编程铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2010.12054,
title = {Extracellular Matrix regulates the morphodynamics of 3D migrating cancer cells},
author = {Christopher Z. Eddy and Helena Raposo and Ryan Wong and Bo Sun},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.12054},
year = {2021}
}