Mitose assimétrica e biomecânica da matriz extracelular alteram a performance migratória em células tumorais

Abstract

No câncer, a migração celular contribui para a metástase. A heterogeneidade na capacidade de migração pode produzir células individuais com capacidade aumentada levando a invasão e metástase. Além disso, ambientes rígidos induzem uma taxa maior de migração, fenótipo invasivo e modulação de marcadores de transição epitelial-mesenquimal (EMT) em células de carcinoma espinocelular oral (OSCC). Nossa hipótese é que as características de migração celular podem se dividir assimetricamente na mitose, permitindo que um subconjunto de células tenha uma contribuição maior para invasão e metástase. Através de vídeos time-lapse, analisamos o fenótipo de migração de linhagens celulares tumorais (A172, MCF7, SCC25) e normais (MRC5 e CHO⋅K1). Observamos que as células filhas tinham um fenótipo migratório diferente das mães, e uma única mitose é suficiente para que as irmãs se comportem como células não relacionadas. No entanto, a mitose não influenciou a área celular e a dinâmica de polaridade. Em seguida, levantamos a hipótese de que a consolidação da memória mecânica requer mudanças epigenéticas que permitem que as células tumorais imprimam de forma persistente o processo de “aprendizagem” de ambientes rígidos. Analisamos os efeitos de moduladores epigenéticos durante a aquisição de memória mecânica em células OSCC. Uma matriz extracelular rígida (ECM) (20 kPa), aumentou a trimetilação e acetilação de H3K9 e acetilação de H3K27 em Cal27. A inibição das histonas desacetilases (HDACs), histonas acetilases (HATs) e histonas lisina metil transferases (KMTs) não afetou a migração celular durante o condicionamento em ambiente rígido. No entanto, o inibidor de HDAC produziu um aumento na velocidade de migração das células Cal27 quando condicionadas em ambientes macios. A inibição de HAT e KMT na ECM rígida levou ao aumento da expressão de N-caderina, bem como a um aumento da expressão transcricional de Snail-1. Isto indica que o desempenho da migração não é herdável e que a mitose assimétrica pode ter um impacto importante na invasão e metástase do câncer, produzindo células com capacidade migratória diferente e propomos que a consolidação da memória mecânica no OSCC envolve alterações epigenéticas que reflete a expressão alterada de marcadores EMT.

In cancer, cell migration contributes to the spread of tumor cells resulting in metastasis. Heterogeneity in the migration capacity can produce individual cells with heightened capacity leading to invasion and metastasis. Also, stiff environments induce a higher migration rate, an invasive phenotype and modulation of epithelial-mesenchymal transition (EMT) markers in oral squamous cell carcinoma cells (OSCC). Here our first hypothesis is that cell migration characteristics can divide asymmetrically in mitosis, allowing a subset of cells to have a larger contribution to invasion and metastasis. Through time-lapse videos, we analyzed migration phenotype of (A172, MCF7, SCC25) and two normal cell lines (MRC5 and CHO⋅K1 cells). We observed that daughter cells had a different migratory phenotype compared to their mothers, and one single mitosis is enough for the sisters behave like nonrelated cells. However, mitosis did not influence cell area and polarity dynamics. Then we hypothesized that the consolidation of the mechanical memory requires epigenetic changes that enables tumor cells to imprint in a persistent way the “learning” process from stiff environments. We analyzed the effects of inhibitors/activators of epigenetic players during the acquisition of mechanical memory in OSCC cells. A stiff extracellular matrix (ECM) (20 kPa), increased H3K9 tri-methylation and acetylation, and H3K27 acetylation in Cal27 cells. The inhibition of histone deacetylases (HDACs), histone acetylases (HATs) and histone lysine methyl transferases (KMTs) did not affect the cell migration during conditioning on stiff environment. However, Cal27 cells treated with HDAC inhibitor showed an increase on migration speed when challenged by soft environments. HAT and KMT inhibition on stiff ECM led to a further upregulation of N-cadherin expression, as well as an increased transcriptional expression of Snail-1. Together, these findings indicates that migration performance is not heritable, and that asymmetric cell division might have an important impact on cancer invasion and metastasis, by producing cells with different migratory capacity and we propose that the consolidation of mechanical memory in OSCC involves epigenetic changes that reflects altered EMT markers expression.