The Role of actin-based Protrusions in 2D vs. 3D Migration
Cell movement is essential in many vital processes in metazoans, such as immune response, wound healing, or embryonic development. Migration also plays an important role in diseases such as cancer or Wiskott-Aldrich syndrome (WAS). To move in a certain direction, cells have to form certain actin-based projections termed lamellipodia, filopodia or invadopodia. Filopo-dia are formed downstream of Cdc42 GTPase and formins. Lamellipodia are induced down-stream of Rac1 GTPase and WAVE complex-mediated activation of Arp2/3 complex. It is not well understood how different actin extensions contribute to cell movement. Furthermore, actin-based protrusions in 3D cell migration are not well studied and require further analysis. This work explores how the different actin-based cell projections affect the 2D and 3D migra-tion of cells. The role of filopodia and circular dorsal ruffles (CDR) was investigated in the chemotaxis of Cdc42 knockout embryonic fibroblasts (MEFs) to PGDF-BB. CDC42 KO MEFs showed slightly, but significantly decreased filopodia formation and loss of CDRs, consistent with the drastically reduced 2D chemotaxis of these cells towards PDGF-BB. This may indicate the critical role of these structures in the chemotaxis of MEFs to PDGF BB. The role of lamellipodium was investigated in the active WAVE complex defective macrophage chemotaxis to C5a. The affected cells show reduced formation of lamellipodia and impaired chemotaxis to C5a. This indicates an essential role of lamellipodia in the perception of the gradient of C5a by these cells. This work also shows that an invasive fibrosarcoma cell line HT1080, during its movement in 3D collagen matrix utilizes both filopodia and lamellipodia. In addition, dorsal invadopodia were visualized in these cells during 3D migration, which are presumably used for anchoring cells in a collagen matrix during the movement. Inhibition of filopodia and invadopodia formation in these cells led to a significant decrease in the speed of 3D migration.
Die Zellbewegung ist essenziell in vielen vitalen Prozessen in Metazoen wie z.B. in der Im-munantowrt, Wundheilung oder in der embryonalen Entwicklung. Auch in Krankheiten wie Krebs oder Wiskott-Aldrich-Syndrom (WAS) spielt die Zellbewegung eine wichtige Rolle. Um sich in einer bestimmten Richtung zu bewegen, müssen Zellen Aktin basierte Fortsätze wie Lamellipodien, Filopodien oder Invadopodien ausbilden. Diese werden entsprechend mit-tels unterschiedlichen Signalwegen induziert. Filopodien werden unterhalb von Cdc42 GTPa-se und Forminen gebildet. Lamellipodien werden unterhalb Rac1 GTPase und WAVE-Komplex vermittelten Aktivierung von Arp2/3-complex induziert. Allerdings es ist bisher nicht gut verstanden wie verschiedene Aktin Fortsätze zu Zell Bewegung beitragen. Ferner sind die Zellforstätze während der Zellmigration in 3D Umgebung nicht gut untersucht und bedürfen weiter Analyse. Diese Arbeit erforscht, wie die unterschiedliche Aktin basierte Zell Fortsätze die 2D bzw. 3D Migration der Zellen beeinflussen. Die Rolle von Filopodien und Zirkulären Dorsalen Ruffles (CDR) wurde in Chemotaxis von Cdc42 knock-out embryoni-schen Fibroblasten (MEF) zu PGDF-BB untersucht.CDC42 KO MEFs zeigten leicht-, aber signifikant verminderte Bildung von Filopodien und Verlust von CDRs was mit der drastisch verminderten 2D Chemotaxis dieser Zellen zu PDGF-BB überreinstimmt. Dies könnte auf die wichtige Rolle von diesen Strukturen in der Chemotaxis der MEFs zu PDGF BB hindeuten. Die Rolle von lamellipodium wurde in Chemotaxis von Makrophagen, die kein aktives WAVE-Komplexe bilden konnten, zu C5a untersucht. Die betroffenen Zellen zeigen fehler-hafte Bildung der Lamellipodien und nicht effiziente Chemotaxis zu C5a. Dies könnte auf die essenziele Rolle von Lamellipodien in Wahrnehmung des Gradienten von C5a hindeuten. Die-se Arbeit zeigt zudem, dass eine invasive Fibrosarkom Ziellinie HT1080 während ihrer Bewe-gung in 3D Collagen Matrix Filopodien sowie Lamellipodien benutzt. Auch dorsale Inva-dopodien konnten in diesen Zellen während der 3D Bewegung sichtbar gemacht werden die vermutlich zur Verankerung in Collagen Matrix wärend der Bewegung dienen. Inhibierung der Filopodien und Invadopodien Bildung in dieser Zellen führte zu deutlichen Verminderung der Geschwindigkeit bei der 3D Migration.
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