A mathematical model coupling polarity signaling to cell adhesion explains diverse cell migration patterns
Notice bibliographique
Résumé
Protrusion and retraction of lamellipodia are common features of eukaryotic cell motility. As a cell migrates through its extracellular matrix (ECM), lamellipod growth increases cell-ECM contact area and enhances engagement of integrin receptors, locally amplifying ECM input to internal signaling cascades. In contrast, contraction of lamellipodia results in reduced integrin engagement that dampens the level of ECM-induced signaling. These changes in cell shape are both influenced by, and feed back onto ECM signaling. Motivated by experimental observations on melanoma cells lines (1205Lu and SBcl2) migrating on fibronectin (FN) coated topographic substrates (anisotropic post-density arrays), we probe this interplay between intracellular and ECM signaling. Experimentally, cells exhibited one of three lamellipodial dynamics: persistently polarized, random, or oscillatory, with competing lamellipodia oscillating out of phase (Park et al., 2017). Pharmacological treatments, changes in FN density, and substrate topography all affected the fraction of cells exhibiting these behaviours. We use these observations as constraints to test a sequence of hypotheses for how intracellular (GTPase) and ECM signaling jointly regulate lamellipodial dynamics. The models encoding these hypotheses are predicated on mutually antagonistic Rac-Rho signaling, Rac-mediated protrusion (via activation of Arp2/3 actin nucleation) and Rho-mediated contraction (via ROCK phosphorylation of myosin light chain), which are coupled to ECM signaling that is modulated by protrusion/contraction. By testing each model against experimental observations, we identify how the signaling layers interact to generate the diverse range of cell behaviors, and how various molecular perturbations and changes in ECM signaling modulate the fraction of cells exhibiting each. We identify several factors that play distinct but critical roles in generating the observed dynamic: (1) competition between lamellipodia for shared pools of Rac and Rho, (2) activation of RhoA by ECM signaling, and (3) feedback from lamellipodial growth or contraction to cell-ECM contact area and therefore to the ECM signaling level.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,003 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,007 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».