Cytoskeletal aspects of cellular migration

Abstract

The ability of cells to migrate is essential for many cellular functions. To accomplish these, cells are equipped with a dynamic filamentous network called the cytoskeleton. Actin filaments are part of the cytoskeleton and play a crucial role in cellular migration. To date, actin stabilizing and destabilizing compounds have been used in migration assays, but little is known about how these compounds interact with the underlying mechanisms of cell migration. In this work, the effects of the actin stabilizer miuraenamide A (MiuA) on the migration parameters of cells are investigated. FRAP measurements reveal that the dynamic of actin filaments is reduced. Furthermore, MiuA increases the number of focal adhesions, while decreasing their average size. According to single cell force spectroscopy, MiuA also lowers adhesion force and energy. In contrast to these changes, pattern-based contractility screening reveals that MiuA has no effect on the contractile energy. As expected from these results, it is shown that adhesion-based migration is reduced, while non-adhesion-based migration remains unaffected. Taken together, this work unravels the relationship between actin stabilization, key migration parameters and the mode of migration displayed. This new knowledge can be used to design new compounds that specifically target adhesion-based migration while leaving other types of migration unaffected.

Zelluläre Migration ist für viele biologische Funktionen unerlässlich. Um diese zu bewältigen, sind Zellen mit einem dynamischen Netzwerk, dem Zytoskelett, ausgestattet. Aktinfilamente sind Teil des Zytoskeletts und spielen eine entscheidende Rolle bei der Zellmigration. Bisher wurden Aktin stabilisierende und destabilisierende Verbindungen in Migrationsexperimenten verwendet, aber es ist wenig darüber bekannt, wie diese Verbindungen mit den zugrunde liegenden Mechanismen der Zellmigration interagieren. In dieser Arbeit wurden die Auswirkungen des Aktinstabilisators Miuraenamid A (MiuA) auf die Migrationsparameter von Zellen untersucht. FRAP-Messungen zeigen, dass die Dynamik der Aktinfilamente reduziert wird. Außerdem erhöht MiuA die Anzahl der fokalen Adhäsionen, während deren durchschnittliche Größe abnimmt. Laut Kraftspektroskopie einzelner Zellen führt MiuA zu geringeren Adhäsionskräften und -energien. Im Gegensatz zu diesen Veränderungen zeigten Messungen der Kontraktilität, dass MiuA keinen Einfluss auf die Kontraktionsenergie hat. Wie aus diesen Ergebnissen zu erwarten war, zeigt sich, dass die adhäsionsbasierte Migration reduziert ist, während die nicht-adhäsionsbasierte Migration unbeeinflusst bleibt. Insgesamt entschlüsselt diese Arbeit die Beziehung zwischen Aktinstabilisierung, wichtigen Migrationsparametern und der dazugehörigen Migration. Dieses Wissen kann genutzt werden, um Wirkstoffe zu entwickeln, die speziell auf die adhäsionsbasierte Migration abzielen.