Geometry-driven migration efficiency of autonomous epithelial cell clusters

电池极性 细胞迁移 极性(国际关系) 生物系统 方向(向量空间) 生物物理学 细胞 细胞内 几何学 物理 化学 计算机科学 细胞生物学 纳米技术 生物 材料科学 数学 生物化学
作者
Eléonore Vercurysse,David B. Brückner,Manuel Gómez-González,Alexandre Remson,Marine Luciano,Yohalie Kalukula,Leone Rossetti,Xavier Trepat,Édouard Hannezo,Sylvain Gabriele
标识
DOI:10.1101/2022.07.17.500364
摘要

The directed migration of epithelial cell collectives through coordinated movements plays a crucial role in various physiological and pathological processes and is increasingly understood at the level of large confluent monolayers. However, numerous processes rely on the migration of small groups of polarized epithelial clusters in complex environments, and their responses to external geometries remain poorly understood. To address this, we cultivated primary epithelial keratocyte tissues on adhesive microstripes, creating autonomous epithelial clusters with well-defined geometries. We showed that their migration efficiency is strongly influenced by the contact geometry, and the orientation of cell-cell contacts with respect to the direction of migration. To elucidate the underlying mechanisms, we systematically explored possible cell-cell interactions using a minimal active matter model. Our investigations revealed that a combination of velocity and polarity alignment with contact regulation of locomotion captures the experimental data, which we then validated via force and intracellular stress measurements. Furthermore, we predict that this combination of rules enables efficient navigation in complex geometries, which we confirm experimentally. Altogether, our findings provide a conceptual framework for extracting interaction rules governing the behavior of active systems interacting with physical boundaries, as well as designing principles for collective navigation in complex microenvironments.

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