Multiple cellular processes are affected by spatial constraints from the extracellular matrix and neighboring cells. In vitro experiments using defined micro-patterning allow for in-depth analysis and a better understanding of how these constraints impact cellular behavior and functioning. Herein we focused on the analysis of actin cytoskeleton dynamics as a major determinant of mechanotransduction mechanisms in cells. We seeded primary human umbilical vein endothelial cells onto stripe-like cell-adhesive micro-patterns with varying widths and then monitored and quantified the dynamic reorganization of actin stress fibers, including fiber velocities, orientation and density, within these live cells using the cell permeable F-actin marker SiR-actin. Although characteristic parameters describing the overall stress fiber architecture (average orientation and density) were nearly constant throughout the observation time interval of 60 min, we observed permanent transport and turnover of individual actin stress fibers. Stress fibers were more strongly oriented along stripe direction with decreasing stripe width, (5° on 20 μm patterns and 10° on 40 μm patterns), together with an overall narrowing of the distribution of fiber orientation. Fiber dynamics was characterized by a directed movement from the cell edges towards the cell center, where fiber dissolution frequently took place. By kymograph analysis, we found median fiber velocities in the range of 0.2 μm/min with a weak dependence on pattern width. Taken together, these data suggest that cell geometry determines actin fiber orientation, while it also affects actin fiber transport and turnover.

中文翻译：

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肌动蛋白在侧向受限细胞中的应力纤维动力学

多个细胞过程受到细胞外基质和邻近细胞的空间限制的影响。体外使用定义的微模式进行的实验可以进行深入分析，并更好地了解这些限制因素如何影响细胞行为和功能。在这里，我们专注于肌动蛋白细胞骨架动力学的分析，作为细胞机械传递机制的主要决定因素。我们将原代人脐静脉内皮细胞接种到具有不同宽度的条状细胞粘附微模式上，然后使用细胞渗透性监测和量化肌动蛋白应激纤维在这些活细胞内的动态重组，包括纤维速度，方向和密度。 F-肌动蛋白标记物SiR-肌动蛋白。尽管描述整个应力纤维结构的特征参数（平均方向和密度）在整个60分钟的观察时间间隔内几乎是恒定的，我们观察到个别肌动蛋白应力纤维的永久运输和周转。应力纤维沿条纹方向更强地取向，且条纹宽度减小（20μm图案为5°，40μm图案为10°），同时纤维取向分布总体变窄。纤维动力学的特征是从细胞边缘到细胞中心的定向运动，在该中心经常发生纤维溶解。通过运动记录仪分析，我们发现中位纤维速度在0.2μm/ min的范围内，对图案宽度的依赖性较小。综上所述，这些数据表明细胞的几何形状决定了肌动蛋白纤维的取向，同时也影响肌动蛋白纤维的运输和周转。应力纤维沿条纹方向更强地取向，且条纹宽度减小（20μm图案为5°，40μm图案为10°），同时纤维取向分布总体变窄。纤维动力学的特征是从细胞边缘到细胞中心的定向运动，在该中心经常发生纤维溶解。通过运动记录仪分析，我们发现中位纤维速度在0.2μm/ min的范围内，对图案宽度的依赖性较小。综上所述，这些数据表明细胞的几何形状决定了肌动蛋白纤维的取向，同时也影响肌动蛋白纤维的运输和周转。应力纤维沿条纹方向更强地取向，且条纹宽度减小（20μm图案为5°，40μm图案为10°），同时纤维取向分布总体变窄。纤维动力学的特征是从细胞边缘到细胞中心的定向运动，在该中心经常发生纤维溶解。通过运动记录仪分析，我们发现中位纤维速度在0.2μm/ min的范围内，对图案宽度的依赖性较小。综上所述，这些数据表明细胞的几何形状决定了肌动蛋白纤维的取向，同时也影响肌动蛋白纤维的运输和周转。纤维动力学的特征是从细胞边缘到细胞中心的定向运动，在该中心经常发生纤维溶解。通过运动记录仪分析，我们发现中位纤维速度在0.2μm/ min的范围内，对图案宽度的依赖性很弱。综上所述，这些数据表明细胞的几何形状决定了肌动蛋白纤维的取向，同时也影响肌动蛋白纤维的运输和周转。纤维动力学的特征是从细胞边缘到细胞中心的定向运动，在该中心经常发生纤维溶解。通过运动记录仪分析，我们发现中位纤维速度在0.2μm/ min的范围内，对图案宽度的依赖性较小。综上所述，这些数据表明细胞的几何形状决定了肌动蛋白纤维的取向，同时也影响肌动蛋白纤维的运输和周转。