Cell migration on microlanes represents a suitable and simple platform for the exploration of the molecular mechanisms underlying cell cytoskeleton dynamics. Here, we report on the quasi-periodic movement of cells confined in stripe-shaped microlanes. We observe persistent polarized cell shapes and directed pole-to-pole motion within the microlanes. Cells depolarize at one end of a given microlane, followed by delayed repolarization towards the opposite end. We analyze cell motility via the spatial velocity distribution, the velocity frequency spectrum and the reversal time as a measure for depolarization and spontaneous repolarization of cells at the microlane ends. The frequent encounters of a boundary in the stripe geometry provides a robust framework for quantitative investigations of the cytoskeleton protrusion and repolarization dynamics. In a first advance to rigorously test physical models of cell migration, we find that the statistics of the cell migration is recapitulated by a Cellular Potts model with a minimal description of cytoskeleton dynamics. Using LifeAct-GFP transfected cells and microlanes with differently shaped ends, we show that the local deformation of the leading cell edge in response to the tip geometry can locally either amplify or quench actin polymerization, while leaving the average reversal times unaffected.

Abstract Cells exist in highly crowded environments where they are exposed to fluctuating mechanical forces arising from surrounding cells and the extracellular matrix microenvironment. In these settings, external forces are transmitted to intracellular organelles including the nucleus. While cells can survive confinement, extended duration of confinement or confinement in settings where cells are unable to escape, can result in cell death. How cells sense and respond to prolonged confinement to trigger cell death remains unclear. Here, we demonstrate that nuclear deformation generated by axial confinement triggers the programmed cell death pathway – ferroptosis. We show that axial confinement results in Drp1-dependent mitochondrial fragmentation and cPLA2 translocation to mitochondria, where Drp1 undergoes acute phase separation. Ensuing mitochondrial ROS accumulation and arachidonic acid production concertedly leads to lipid peroxidation evoking ferroptosis. Finally, of clinical relevance, we find that in human osteoarthritis tissue cPLA2 exhibits mitochondrial localization and high ROS levels. Together, our findings unveil a pivotal role for Drp1 and cPLA2 in linking mechanical confinement with mitochondrial dysfunction resulting in ferroptosis, which sheds new light on a mechanical mechanism of pathophysiology in osteoarthritis.