A hallmark of animals is the coordination of whole-body movement. Neurons and muscles are central to this, yet coordinated movements also exist in sponges that lack these cell types. Sponges are sessile animals with a complex canal system for filter-feeding. They undergo whole-body movements resembling “contractions” that lead to canal closure and water expulsion. Here, we combine 3D optical coherence microscopy, pharmacology, and functional proteomics to elucidate anatomy, molecular physiology, and control of these movements. We find them driven by the relaxation of actomyosin stress fibers in epithelial canal cells, which leads to whole-body deflation via collapse of the incurrent and expansion of the excurrent system, controlled by an Akt/NO/PKG/A pathway. A concomitant increase in reactive oxygen species and secretion of proteinases and cytokines indicate an inflammation-like state reminiscent of vascular endothelial cells experiencing oscillatory shear stress. This suggests an ancient relaxant-inflammatory response of perturbed fluid-carrying systems in animals. Highlights Sponge deflation is driven by tension release in actomyosin stress fibers of epithelial pinacocytes Akt kinase/Nitric oxide/Protein kinase G/A regulate actomyosin relaxation Agitation-induced deflation coincides with an inflammatory state The sponge relaxant-inflammatory response is evolutionary related to similar responses in the vertebrate vascular system

Abstract Intravital 2P-microscopy enables the longitudinal study of brain tumor biology in superficial mouse cortex layers. Intravital microscopy of the white matter, an important route of glioblastoma invasion and recurrence, has not been feasible, due to low signal-to-noise ratios and insufficient spatiotemporal resolution. Here, we present an intravital microscopy and artificial intelligence-based analysis workflow (Deep3P) that enables longitudinal deep imaging of glioblastoma up to a depth of 1.2 mm. We find that perivascular invasion is the preferred invasion route into the corpus callosum and uncover two vascular mechanisms of glioblastoma migration in the white matter. Furthermore, we observe morphological changes after white matter infiltration, a potential basis of an imaging biomarker during early glioblastoma colonization. Taken together, Deep3P allows for a non-invasive intravital investigation of brain tumor biology and its tumor microenvironment at subcortical depths explored, opening up opportunities for studying the neuroscience of brain tumors and other model systems.

Abstract Intravital two-photon microscopy has emerged as a powerful technology to study brain tumor biology and its temporal dynamics, including invasion, proliferation and therapeutic resistance in the superficial layers of the mouse cortex. However, intravital microscopy of deeper cortical layers and especially the subcortical white matter, an important route of glioblastoma invasion and recurrence, has not yet been feasible due to low signal-to-noise ratios, missing spatiotemporal resolution and the inability to delineate myelinated axonal tracts. Here, we present a tailored intravital microscopy and artificial intelligence-based analysis methodology and workflow that enables routine deep imaging of glioblastoma over extended time periods, named Deep3P. We show that three-photon microscopy, adaptive optics, as well as customized deep learning-based denoising and machine learning segmentation together allow for deep brain intravital investigation of tumor biology up to 1.2 mm depth. Leveraging this approach, we find that perivascular invasion is a preferred invasion route into the corpus callosum as compared to intracortical glioblastoma invasion and uncover two vascular mechanisms of glioblastoma migration in the white matter. Furthermore, we can define an imaging biomarker of white matter disruption during early glioblastoma colonization. Taken together, Deep3P allows for an efficient and non-invasive investigation of brain tumor biology and its tumor microenvironment in unprecedented deep white and gray matter of the living mouse, opening up novel opportunities for studying the neuroscience of brain tumors and other model systems.