# Mechanochemical Signaling Dynamics in Epithelial-Mesenchymal Transition

> **NIH NIH R01** · VIRGINIA COMMONWEALTH UNIVERSITY · 2020 · $291,161

## Abstract

Project Summary 
 
The process of Epithelial to Mesenchymal Transition (EMT) is a transdifferentiation event in which epithelial cells 
switch their phenotype to a mesenchymal one, which facilitates individual cell migration, cell invasion, and tissue 
assembly. This dynamic process is critical during embryonic development, and, when coupled with the reverse 
MET  process,  facilitates  correct  spatial  and  temporal  development  of  organs.  While  EMT  is  critical  for 
development, its misregulation is implicated in many diseases, including cardiac fibrosis, cirrhosis, and cancer. 
The  events  that  initiate  EMT  are  not  well  understood,  but  appear  to  be  linked  to  changes  in  the  intracellular 
biochemical signaling and gene expression, soluble factor section, autocrine signaling, mechanical and paracrine 
signaling between neighboring cells, and mechanical signaling between the epithelial sheet and the underlying 
extracellular  matrix  (ECM).  The  Conway  lab  has  demonstrated  that  a  drop  in  force  on  adherens  junctions  is 
necessary  for  progression  of  EMT.  The  Lemmon  lab  has  demonstrated  that  progression  of  EMT  requires 
assembly of the ECM protein fibronectin (FN) into new fibrils, which contain binding sites for several pro-­EMT 
growth factors. Our recent study suggests that FN fibrils drive EMT by clustering these growth factors at the cell 
surface. These findings have led us to a hypothesis in which EMT is initiated by disruption of forces on adherens 
junctions, which in turn redistributes forces to the underlying matrix, initiates FN fibril assembly, clustering soluble 
signals that promote EMT at the cell surface, and driving intracellular biochemical signaling.  In this work, we 
will:  1)  develop  a  computational  model  that  predicts  junctional  forces,  matrix  forces  and  matrix  assembly, 
autocrine  and  paracrine  signaling,  and  epithelial  and  mesenchymal  cell  markers,  and  uses  these  to  predict 
spatial  localization  of  EMT  in  an  assembling  and  confluent  cell  sheet.  Our  model  will  start  from  a  recently 
developed cell-­based model of cell-­matrix interactions, using the previously developed Lemmon-­Romer model 
of  traction  force  prediction,  and  extend  this  to  predict  force  redistribution  of  cell-­matrix  forces  in  neighboring 
epithelial cells and the forces acting on adherens junctions in each cell. We will couple these mechanical forces 
with a model of intracellular signaling pathways. 2) We will use a novel suite of tools to establish an experimental 
system  that  can  simultaneously  measure  junctional  forces,  matrix  forces,  FN  assembly,  and  EMT  markers. 
Colonies of epithelial cells will be generated using microcontact printing, which allows for repeatable colony size 
and shape. We will measure spatial regulation of EMT markers within the colonies while also quantifying both 
junctional  forces  (using  a  FRET-­based  bi...

## Key facts

- **NIH application ID:** 9869902
- **Project number:** 5R01GM122855-03
- **Recipient organization:** VIRGINIA COMMONWEALTH UNIVERSITY
- **Principal Investigator:** Christopher Andrew Lemmon
- **Activity code:** R01 (R01, R21, SBIR, etc.)
- **Funding institute:** NIH
- **Fiscal year:** 2020
- **Award amount:** $291,161
- **Award type:** 5
- **Project period:** 2018-03-01 → 2022-02-28

## Primary source

NIH RePORTER: https://reporter.nih.gov/project-details/9869902

## Citation

> US National Institutes of Health, RePORTER application 9869902, Mechanochemical Signaling Dynamics in Epithelial-Mesenchymal Transition (5R01GM122855-03). Retrieved via AI Analytics 2026-05-22 from https://api.ai-analytics.org/grant/nih/9869902. Licensed CC0.

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*[NIH grants dataset](/datasets/nih-grants) · CC0 1.0*