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Erschienen in: Angiogenesis 3/2020

29.01.2020 | Brief Communication

Matrix deformations around angiogenic sprouts correlate to sprout dynamics and suggest pulling activity

verfasst von: Marie-Mo Vaeyens, Alvaro Jorge-Peñas, Jorge Barrasa-Fano, Christian Steuwe, Tommy Heck, Peter Carmeliet, Maarten Roeffaers, Hans Van Oosterwyck

Erschienen in: Angiogenesis | Ausgabe 3/2020

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Abstract

Angiogenesis is the formation of new blood vessels from the pre-existing vasculature. It is essential for normal tissue growth and regeneration, and also plays a key role in many diseases [Carmeliet in Nat Med 9:653–660, 2003]. Cytoskeletal components have been shown to be important for angiogenic sprout initiation and maintenance [Kniazeva and Putnam in Am J Physiol 297:C179–C187, 2009] as well as endothelial cell shape control during invasion [Elliott et al. in Nat Cell Biol 17:137–147, 2015]. The exact nature of cytoskeleton-mediated forces for sprout initiation and progression, however, remains poorly understood. Questions on the importance of tip cell pulling versus stalk cell pushing are to a large extent unanswered, which among others has to do with the difficulty of quantifying and resolving those forces in time and space. We developed methods based on time-lapse confocal microscopy and image processing—further termed 4D displacement microscopy—to acquire detailed, spatially and temporally resolved extracellular matrix (ECM) deformations, indicative of cell-ECM mechanical interactions around invading sprouts. We demonstrate that matrix deformations dependent on actin-mediated force generation are spatio-temporally correlated with sprout morphological dynamics. Furthermore, sprout tips were found to exert radially pulling forces on the extracellular matrix, which were quantified by means of a computational model of collagen ECM mechanics. Protrusions from extending sprouts mostly increase their pulling forces, while retracting protrusions mainly reduce their pulling forces. Displacement microscopy analysis further unveiled a characteristic dipole-like deformation pattern along the sprout direction that was consistent among seemingly very different sprout shapes—with oppositely oriented displacements at sprout tip versus sprout base and a transition zone of negligible displacements in between. These results demonstrate that sprout-ECM interactions are dominated by pulling forces and underline the key role of tip cell pulling for sprouting angiogenesis.
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Literatur
12.
Zurück zum Zitat Califano JP, Reinhart-King CA (2009) The effects of substrate elasticity on endothelial cell network formation and traction force generation. In: Soc MB (ed) Proceedings of the 31st Annual International Conference of the IEEE Engineering. Minneapolis, pp 3343–3345. https://doi.org/10.1109/IEMBS.2009.5333194 Califano JP, Reinhart-King CA (2009) The effects of substrate elasticity on endothelial cell network formation and traction force generation. In: Soc MB (ed) Proceedings of the 31st Annual International Conference of the IEEE Engineering. Minneapolis, pp 3343–3345. https://​doi.​org/​10.​1109/​IEMBS.​2009.​5333194
Metadaten
Titel
Matrix deformations around angiogenic sprouts correlate to sprout dynamics and suggest pulling activity
verfasst von
Marie-Mo Vaeyens
Alvaro Jorge-Peñas
Jorge Barrasa-Fano
Christian Steuwe
Tommy Heck
Peter Carmeliet
Maarten Roeffaers
Hans Van Oosterwyck
Publikationsdatum
29.01.2020
Verlag
Springer Netherlands
Erschienen in
Angiogenesis / Ausgabe 3/2020
Print ISSN: 0969-6970
Elektronische ISSN: 1573-7209
DOI
https://doi.org/10.1007/s10456-020-09708-y

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