Viscotaxis: Novel cell migration mechanisms regulated by microenvironmental viscosity

Viscotaxis:微环境粘度调节的新型细胞迁移机制

基本信息

  • 批准号:
    10379292
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 46.44万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-04-01 至 2026-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Cell motility is a key step in the metastatic cascade of events, as it enables cancerous cells dissociating from a primary tumor to navigate through interstitial tissues and ultimately colonize distant organs. Cell locomotion is governed by cell-matrix interactions, the actomyosin cytoskeleton, and cell volume regulation via the involvement of ion transporters, such as the Na+/H+ exchanger 1 (NHE1). To date, most cell motility assays are performed in medium with a viscosity close to that of water (0.77 cP). However, the viscosity of the interstitial fluid varies up to 2-3 cP, and can be further augmented by the presence of macromolecules secreted not only by resident epithelial cells in various tissues but also by tumor cells. Cancer cell plasticity is a key feature in metastasis, as tumor cells need to adapt to and navigate through diverse tissue microenvironments presenting different stiffness, degrees of confinement, viscosity and extracellular matrix (ECM) composition. It is currently unknown how tumor cells sense and respond to (patho)physiologically relevant levels of viscosity. The overarching goal of this project is to employ a multidisciplinary approach involving state-of-the-art bioengineering and imaging tools, quantitative analysis and in vivo models to elucidate the effects of extracellular viscosity on breast cancer cell migration, invasion and metastasis. This application will test the hypothesis, supported by intriguing preliminary data, that elevated extracellular viscosity (≥3cP) promotes NHE1-dependent cell swelling, which triggers the activation of the mechanosensitive ion channel TRPV4, thereby initiating downstream signaling. In Aim 1a, we will establish that TRPV4 is the key mechanosensor of elevated viscosity, which initiates RhoA activation, and delineate the presence of a potential feedback loop between NHE1-dependent TRPV4 activation and RhoA. In Aim 1b, we will demonstrate that the coordinated action of local isosmotic swelling at the leading edge and shrinkage at the trailing edge mediated by NHE1 and potassium-chloride cotransporter 4, KCC4, respectively, supports confined migration at elevated viscosities. Cells, as active mechanical objects upon sensing elevated extracellular viscosity, respond by balancing forces in the cell cytoplasm with those in the extracellular microenvironment, thus resulting in increased cytoskeletal tension, higher RhoA-dependent cell contractility and actin reorganization, which ultimately precipitate nuclear translocation of YAP (Aim 1c). We will characterize the roles of viscosity-sensing mechanisms in discrete steps of metastatic dissemination in a live zebrafish model that affords the unique advantages of optical transparency and exceptionally high-resolution along with high-speed imaging of transplanted tumor cells (Aim 2a). We will complement these studies with mouse models to characterize the localization patterns and functional roles of TRPV4, NHE1, KCC4 and YAP in cell migration in natural mammary tissue tracks in vivo (Aim 2b) and in breast cancer growth and metastasis (Aim 2c), using triple-negative breast cancer cell lines and patient-derived xenografts (PDXs). In sum, this project will define how cells sense and respond to extracellular viscosity and identify novel targets to reduce metastasis.
细胞运动是转移级联事件中的关键步骤,因为它使癌细胞能够 从原发肿瘤解离,穿过间质组织并最终定植远处器官。 细胞运动由细胞-基质相互作用、肌动球蛋白细胞骨架和细胞体积调节控制 通过离子转运蛋白(例如 Na+/H+ 交换器 1 (NHE1))的参与,迄今为止,大多数细胞的运动性都受到影响。 测定是在粘度接近水 (0.77 cP) 的介质中进行的。 间质液变化高达 2-3 cP,并且可以因分泌的大分子的存在而进一步增加 不仅通过各种组织中的常驻上皮细胞,而且通过肿瘤细胞的可塑性是一个关键特征。 在转移中,由于肿瘤细胞需要适应并穿越不同的组织微环境 目前,不同的硬度、限制程度、粘度和细胞外基质(ECM)成分。 未知肿瘤细胞如何感知和响应(病理)生理相关的粘度水平。 该项目的总体目标是采用涉及最先进生物工程的多学科方法 和成像工具、定量分析和体内模型来阐明细胞外粘度对 乳腺癌细胞迁移、侵袭和转移该应用将检验该假设,并得到支持。 有趣的初步数据表明,细胞外粘度升高 (≥3cP) 会促进 NHE1 依赖性细胞肿胀, 触发机械敏感离子通道 TRPV4 的激活,从而启动下游 在目标 1a 中,我们将确定 TRPV4 是启动粘度升高的关键机械传感器。 RhoA 激活,并描绘了 NHE1 依赖性 TRPV4 之间潜在反馈回路的存在 在目标 1b 中,我们将证明局部等渗肿胀的协调作用。 由 NHE1 和氯化钾协同转运蛋白 4 介导的前缘和后缘收缩, KCC4 分别支持细胞在高粘度下的有限迁移,作为活动的机械物体。 感知细胞外粘度升高,通过平衡细胞质中的力与细胞中的力来做出反应 细胞外微环境,从而导致细胞骨架张力增加,RhoA依赖性细胞更高 收缩性和肌动蛋白重组,最终促进 YAP 的核易位(目标 1c)。 表征粘度传感机制在活体内转移传播的离散步骤中的作用 斑马鱼模型具有光学透明和高分辨率的独特优势 以及移植肿瘤细胞的高速成像(目标 2a)。 小鼠模型来表征 TRPV4、NHE1、KCC4 和 YAP 的定位模式和功能作用 天然乳腺组织中的细胞迁移跟踪体内(目标 2b)以及乳腺癌生长和转移 (目标 2c),使用三阴性乳腺癌细胞系和患者来源的异种移植物(PDX)总之,该项目。 将定义细胞如何感知和响应细胞外粘度,并确定减少转移的新靶点。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Konstantinos Konstantopoulos其他文献

Konstantinos Konstantopoulos的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Konstantinos Konstantopoulos', 18)}}的其他基金

Stimulated Brillouin Flow Cytometry for biomechanical assessment of metastatic potential
受激布里渊流式细胞仪用于转移潜能生物力学评估
  • 批准号:
    10571938
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 46.44万
  • 项目类别:
Stimulated Brillouin Flow Cytometry for biomechanical assessment of metastatic potential
受激布里渊流式细胞仪用于转移潜能生物力学评估
  • 批准号:
    10358051
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 46.44万
  • 项目类别:
Cell mechanobiology in confinement using an integration of bioengineering, materials systems and in vivo models
结合生物工程、材料系统和体内模型的限制细胞力学生物学
  • 批准号:
    10374917
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 46.44万
  • 项目类别:
The interplay of ion transporters and cytoskeleton in breast cancer migration and metastasis
离子转运蛋白和细胞骨架在乳腺癌迁移和转移中的相互作用
  • 批准号:
    10338164
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 46.44万
  • 项目类别:
The interplay of ion transporters and cytoskeleton in breast cancer migration and metastasis
离子转运蛋白和细胞骨架在乳腺癌迁移和转移中的相互作用
  • 批准号:
    10381200
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 46.44万
  • 项目类别:
Cell mechanobiology in confinement using an integration of bioengineering, materials systems and in vivo models
结合生物工程、材料系统和体内模型的限制细胞力学生物学
  • 批准号:
    10582153
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 46.44万
  • 项目类别:
The interplay of ion transporters and cytoskeleton in breast cancer migration and metastasis
离子转运蛋白和细胞骨架在乳腺癌迁移和转移中的相互作用
  • 批准号:
    10559616
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 46.44万
  • 项目类别:
The interplay of ion transporters and cytoskeleton in breast cancer migration and metastasis
离子转运蛋白和细胞骨架在乳腺癌迁移和转移中的相互作用
  • 批准号:
    10524192
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 46.44万
  • 项目类别:
Viscotaxis: Novel cell migration mechanisms regulated by microenvironmental viscosity
Viscotaxis:微环境粘度调节的新型细胞迁移机制
  • 批准号:
    10622450
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 46.44万
  • 项目类别:
Cell mechanobiology in confinement using an integration of bioengineering, materials systems and in vivo models
结合生物工程、材料系统和体内模型的限制细胞力学生物学
  • 批准号:
    10559575
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 46.44万
  • 项目类别:

相似国自然基金

单一取向CsPbBr3一维光波导阵列在异质半导体低维结构上的面内集成及其在光电互联中的应用研究
  • 批准号:
    62374057
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    48 万元
  • 项目类别:
    面上项目
Ti3C2Tx诱导锌金属负极表面三维重构及锌沉积调控新机制研究
  • 批准号:
    52372236
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
本征二维磁性材料CrI3的缺陷原子结构与磁性关联研究
  • 批准号:
    12304019
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
三维有序大/介孔稀土氧化物(La2O3和CeO2)负载Ru催化剂用于氨分解性能研究
  • 批准号:
    52361040
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
应变调控二维磁性材料VX3的磁光拉曼研究
  • 批准号:
    12304042
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Mechanisms of melanoma migration and survival in 3D microenvironments
3D 微环境中黑色素瘤迁移和存活的机制
  • 批准号:
    9883752
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 46.44万
  • 项目类别:
Mechanisms of melanoma migration and survival in 3D microenvironments
3D 微环境中黑色素瘤迁移和存活的机制
  • 批准号:
    9250091
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 46.44万
  • 项目类别:
Guidance of pulmonary fibroblast migration during alveolar septal formation
肺泡间隔形成过程中肺成纤维细胞迁移的指导
  • 批准号:
    10291813
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 46.44万
  • 项目类别:
Targeting the phosphoinositide kinase chain to prevent breast cancer metastasis
靶向磷酸肌醇激酶链预防乳腺癌转移
  • 批准号:
    7662867
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 46.44万
  • 项目类别:
Guidance of pulmonary fibroblast migration during alveolar septal formation
肺泡间隔形成过程中肺成纤维细胞迁移的指导
  • 批准号:
    9551787
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 46.44万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了