ビメンチン繊維方向の牽引ストレス

中間フィラメントビメンチンは、細胞が上皮状態から間葉系状態に移行し、単一細胞として移動するために必要です。しかし、間葉系移動の調節におけるビメンチンの特定の役割についてはほとんど知られていない。ビメンチンは、アクチンや微小管と比較してin vitroで壊れずにストレスに耐える能力が非常に高いことが知られています。したがって、ビメンチンの存在が単一細胞移動の異方性の機械的ひずみをサポートできると仮定しました。これを研究するために、Talen Genome Editingを使用してMemeraldタグでビメンタンを蛍光に標識しました。ヒト包皮線維芽細胞の移動においてビメンチン建築を観察し、ネットワーク組織は、長い線形バンドル、または「繊維」からメッシュのような組織を持つより短いフラグメントまで異なることを発見しました。周囲のメッシュに埋め込まれた繊維を特徴付ける操縦可能なフィルタリングと反復グラフマッチングを使用した画像分析ツールを開発しました。ビメンチン繊維は、線維芽細胞の分岐および移動方向に整列していました。ビメンチンネットワークの存在は、基質に伝達されたアクチンベースの力の空間均質化と同様に、10倍遅い局所アクチン逆行流量と相関していました。ビメンチン繊維は、牽引応力の異方性の向きに合わせて必要でした。これらの結果は、ビメンチンネットワークがアクチンベースの力を統合および再配向できる負荷を含む上部構造として機能することを示しています。細胞運動におけるビメンチンの役割は、単一細胞の移動を可能にするトラクションストレスのアライメントを管理することであると提案します。

The intermediate filament vimentin is required for cells to transition from the epithelial state to the mesenchymal state and migrate as single cells; however, little is known about the specific role of vimentin in the regulation of mesenchymal migration. Vimentin is known to have a significantly greater ability to resist stress without breaking in vitro compared with actin or microtubules, and also to increase cell elasticity in vivo. Therefore, we hypothesized that the presence of vimentin could support the anisotropic mechanical strain of single-cell migration. To study this, we fluorescently labeled vimentin with an mEmerald tag using TALEN genome editing. We observed vimentin architecture in migrating human foreskin fibroblasts and found that network organization varied from long, linear bundles, or "fibers," to shorter fragments with a mesh-like organization. We developed image analysis tools employing steerable filtering and iterative graph matching to characterize the fibers embedded in the surrounding mesh. Vimentin fibers were aligned with fibroblast branching and migration direction. The presence of the vimentin network was correlated with 10-fold slower local actin retrograde flow rates, as well as spatial homogenization of actin-based forces transmitted to the substrate. Vimentin fibers coaligned with and were required for the anisotropic orientation of traction stresses. These results indicate that the vimentin network acts as a load-bearing superstructure capable of integrating and reorienting actin-based forces. We propose that vimentin's role in cell motility is to govern the alignment of traction stresses that permit single-cell migration.