Mammalian cells frequently migrate through tight spaces during normal embryogenesis, wound healing, diapedesis or in pathological situations such as metastasis. The nucleus has recently emerged as an important factor in regulating 3D cell migration. At the onset of migratory behavior, cells often initiate the expression of vimentin, an intermediate filament protein which forms networks extending from a juxtanuclear cage to the cell periphery. However, the role of vimentin intermediate filaments (VIFs) in regulating nuclear shape and mechanics remains unknown. Here, we used wild type and vimentin-null mouse embryonic fibroblasts to show that VIFs regulate nuclear shape, motility, and the ability of cells to resist large deformations. The results show that loss of VIFs alters nuclear shape, reduces perinuclear stiffness, and enhances motility in 3D. These changes increase nuclear rupture and activation of DNA damage repair mechanisms, which are rescued by exogenous re-expression of vimentin. Our findings show that VIFs provide mechanical support to protect the nucleus and genome during migration.

ABSTRACT Only a fraction of cancer patients benefits from immune checkpoint inhibitors. This may be partly due to the dense extracellular matrix (ECM) that forms a barrier for T cells. Comparing 5 preclinical mouse tumor models with heterogeneous tumor microenvironments, we aimed to relate the rate of tumor stiffening with the remodeling of ECM architecture and to determine how these features affect intratumoral T cell migration. An ECM-targeted strategy, based on the inhibition of lysyl oxidase (LOX) was used. In vivo stiffness measurements were found to be strongly correlated with tumor growth and ECM crosslinking but negatively correlated with T cell migration. Interfering with collagen stabilization reduces ECM content and tumor stiffness leading to improved T cell migration and increased efficacy of anti-PD-1 blockade. This study highlights the rationale of mechanical characterizations in solid tumors to understand resistance to immunotherapy and of combining treatment strategies targeting the ECM with anti-PD-1 therapy.

ABSTRACT Atr is a serine/threonine kinase, known to sense single-stranded DNA breaks and activate the DNA damage checkpoint by phosphorylating Chek1, which inhibits Cdc25, causing cell cycle arrest. This pathway has not been implicated in neuroregeneration. We show that in Drosophila sensory neurons, removing Atr or Chek1, or overexpressing Cdc25 promotes regeneration, whereas Atr or Chek1 overexpression, or Cdc25 knockdown impedes regeneration. Inhibiting the Atr-associated checkpoint complex in neurons promotes regeneration and improves synapse/behavioral recovery after CNS injury. Independent of DNA damage, Atr responds to the mechanical stimulus elicited during regeneration, via the mechanosensitive ion channel Piezo and its downstream NO signaling. Sensory neuron-specific knockout of Atr in adult mice, or pharmacological inhibition of Atr-Chek1 in mammalian neurons in vitro and in flies in vivo enhance regeneration. Our findings reveal the Piezo-Atr-Chek1-Cdc25 axis as an evolutionarily conserved inhibitory mechanism for regeneration, and identify potential therapeutic targets for treating nervous system trauma.

The migration of cells through tight constricting spaces or along fibrous tracks in tissues is important for biological processes, such as embryogenesis, wound healing, and cancer metastasis, and depends on the mechanical properties of the cytoskeleton. Migratory cells often express and upregulate the intermediate filament protein vimentin. The viscoelasticity of vimentin networks in shear deformation has been documented, but its role in motility is largely unexplored. Here, we studied the effects of vimentin on cell motility and stiffness using mouse embryo fibroblasts derived from wild-type and vimentin-null mice. We find that loss of vimentin increases motility through small pores and along thin capillaries. Atomic force microscopy measurements reveal that the presence of vimentin enhances the perinuclear stiffness of the cell, to an extent that depends on surface ligand presentation and therefore signaling from extracellular matrix receptors. Together, our results indicate that vimentin hinders three- dimensional motility by providing mechanical resistance against large strains and may thereby protect the structural integrity of cells.

Abstract An increasing number of scientific papers discuss the promising therapeutic potential of cannabidiol (CBD) not only for the treatment of cancer, but also for asthma and neurodegenerative disorders. This happens mainly due to its proven anticancer, anti-inflammatory, and antioxidant properties. In the field of cancer research, the use of CBD has already been investigated on malignant tumors of the central nervous system, like gliomas. So far, CBD has not yet been explored in the therapy of peripheral nervous system (PNS) tumors. Peripheral nerves reside outside the central nervous system, therefore peripheral nerve tumors can occur anywhere in the body. When the tumor develops within large blood vessels, spinal nerves or involves more than one peripheral nerve, radiotherapy is recommended. Due to high doses of ionizing radiation, complications such as dizziness, damage to adjacent nerves, or malignancy of the lesion may occur. Therefore, it is important to develop a treatment scheme that efficiently reduces tumor volume while maintaining the normal functions of the surrounding cells and decrease the side effects. Herein, we proposed to combine hyperspectral imaging using Raman and FTIR spectroscopy and AFM-IR technique as a novel approach to monitor the therapeutic efficacy of CBD. Performed studies reviled the dual effect of CBD, that protects normal cells from ionizing radiation and increases its toxicity in cancer cells.

Molecular motors play important roles in force generation, migration and intracellular trafficking. Changes in specific motor activities are altered in numerous diseases. KIF20A, a motor protein of the kinesin-6 family, is overexpressed in bladder cancer, and KIF20A levels correlate negatively with the clinical outcome. We report here a new role for the KIF20A kinesin motor protein in intracellular mechanics. Using optical tweezers to probe intracellular mechanics and surface AFM to probe cortical mechanics, we first confirm that bladder cells soften with increasing cancer grade. We then show that inhibiting KIF20A makes the intracellular environment softer for both high and low grade bladder cancer cells. Upon inhibition of KIF20A cortical stiffness also decreases in lower grade cells, while it surprisingly increases in higher grade malignant cells. Changes in cortical stiffness correlate with the interaction of KIF20A with myosin IIA. Moreover, KIF20A negatively regulates bladder cancer cell motility irrespective of the underlying substrate stiffness. Our results reveal a central role for a microtubule motor in cell mechanics and migration in the context of bladder cancer.