Notch signaling in blood and lymphatic vessel development

Mammals have two parallel vascular systems, the blood and the lymphatic vascular system. The blood vascular system transports oxygen and nutrients to tissues and metabolic wastes from the tissues to excretory organs. Lymphatic vessels collect excess fluid from the interstitial space and return it back into the bloodstream, thus maintaining fluid homeostasis. Like veins, lymphatic collecting ducts contain intraluminal valves that ensure unidirectional flow. Notch signaling is an evolutionary conserved signaling pathway that mediates cell fate decisions and regulates cellular functions through its modulation of downstream targets. Using transgenic mouse models, we studied the role of Notch in embryonic lymphatic development and postnatal blood vascular development. Better understanding of these basic mechanisms is crucial for developing new treatments for diseases associated with abnormal blood or lymphatic vessels function. Embryonically, the lymphatic system develops as a subset of endothelial cells in the cardinal veins start expressing Prox1 and other lymphatic markers and become committed to the lymphatic lineage. We show that loss of Notch during the initiation phase leads to an increase in lymphatic progenitor cells emerging from the cardinal vein and lymphatic overgrowth. Thus, Notch is required in the cardinal vein to limit the number of endothelial cells adopting the lymphatic endothelial fate. Lymphatic valve development occurs during collecting duct maturation as subsets of lymphatic endothelial cells in the lymphatic duct walls adopt a lymphatic valve fate. We show that loss of Notch signaling in lymphatic endothelial cells at the time of valve initiation results in a decrease in the number of valves, abnormal valve morphology and reduced expression of valve-specific markers in valve-forming lymphatic endothelial cells. Thus, Notch signaling is required for proper lymphatic valve development. Blood endothelial cells interact with contractile smooth muscle cells and non-contractile pericytes, which are collectively called mural cells. Endothelial cell-mural cell interactions provide mechanical support to vessels as well as regulate many vessel functions that are crucial for vascular integrity such as permeability, sprouting and quiescence. Notch1 is expressed in both endothelial cells and mural cells while Notch3 is restricted to vascular mural cells. We show that global Notch1 heterozygocity combined with global Notch3 deficiency results in impaired vascular smooth muscle cell recruitment in the mouse retina leading to abnormal vascular development. We also demonstrate that biological inhibition of Notch signaling using soluble Notch1 decoys results in defective vascular smooth muscle coverage in the mouse retina. Our data show that both Notch1 and Notch3 are required for proper vascular smooth muscle cell function during vascular development and thus report a novel role for Notch1 in mural cells.Nisäkkäillä on kaksi rinnakkaista suonistoa, verisuonisto ja imusuonisto, joilla on omat tehtävänsä elimistön toiminnan ylläpidossa. Verenkiertoelimistö huolehtii hapekkaan veren ja ravinteiden kuljetuksesta kudoksiin sekä aineenvaihdunnan tuottamien kuona-aineiden ja hiilidioksidin kuljetuksesta kudoksista erityselimiin, joiden kautta ne poistuvat elimistöstä. Imusuonisto kerää verisuonista tihkunutta nestettä kudoksista ja palauttaa sen takaisin verenkiertoon solislaskimoihin laskevan imusuonen, rintatiehyen kautta, ja näin ylläpitää elimistön nestetasapainoa. Imusuonissa on läppiä, jotka estävät nesteen takaisinvirtauksen väärään suuntaan. Notch-signalointi on solujen viestintäjärjestelmä, joka löytyy useimmista monisoluisista eliöistä. Notch säätelee useiden eri geenien ilmentymistä ja tätä kautta solujen erilaistumista sekä lukuisia muita solujen toimintoja. Tässä väitöskirjatyössä tutkimme Notch-signaloinnin vaikutusta imusuonten kehitykseen sikiönkehityksen aikana sekä verisuonten kehitykseen syntymän jälkeen transgeenisiä hiirimalleja apuna käyttäen. Näiden perusmekanismien ymmärtäminen on välttämätöntä, jotta imu-ja verisuonistoon liittyviin sairauksiin voidaan kehittää uusia hoitomuotoja. Imusuonijärjestelmä muodostuu sikiön päälaskimoista (cardinal veins), kun joukko endoteelisoluja laskimoiden seinämissä erilaistuu imusuoniendoteelisoluiksi. Tutkimuksen ensimmäisessä osatyössä havaitsimme, että Notch-signalointi rajoittaa imusuoniendoteelisoluiksi erilaistuvien endoteelisolujen määrää päälaskimoissa imusuonijärjestelmän kehityksen alkuaikoina ja on näin ollen välttämätön imusuoniston normaalille kehitykselle. Kun alkeelliset imusuonet kehittyvät kypsiksi imusuoniksi, niihin muodostuu läppiä. Toisessa osatyössä osoitimme, että Notch-signalointia tarvitaan imusuonten läppien kehitykseen. Ilman Notch-signalointia imusuoniin muodostui vähemmän läppiä, ja lisäksi läppien rakenne oli epänormaali. Verisuonten endoteelisolut ovat vuorovaikutuksessa tukisolujen kanssa, joihin kuuluvat supistumiskykyiset sileälihassolut sekä supistumiskyvyttömät perisyytit. Tukisolut tukevat verisuonia, minkä lisäksi niiden vuorovaikutus endoteelisolujen kanssa säätelee monia verisuonten toimintoja, kuten verisuonten läpäisevyyttä ja uusien suonten muodostusta. Notch1 ilmentyy sekä endoteeli- että tukisoluissa, mutta Notch3 ilmentyy ainoastaan tukisoluissa. Väitöskirjan kolmannessa osatyössä havaitsimme, että Notch1-proteiini Notch3-proteiinin lisäksi säätelee sileälihassolupeitteen muodostumista verisuonten kehityksen aikana. Neljännessä osatyössä osoitimme, että Notch-signaloinnin estämisellä Notch-inhibiittorimolekyylein on samanlaisia vaikutuksia sileälihassolupeitteen sekä verisuoniston muodostumiselle, kuin Notch-signaloinnin geneettisellä estämisellä

Combined deficiency of Notch1 and Notch3 causes pericyte dysfunction, models CADASIL, and results in arteriovenous malformations

Pericytes regulate vessel stability and pericyte dysfunction contributes to retinopathies, stroke, and cancer. Here we define Notch as a key regulator of pericyte function during angiogenesis. In Notch1(+/-); Notch3(-/-) mice, combined deficiency of Notch1 and Notch3 altered pericyte interaction with the endothelium and reduced pericyte coverage of the retinal vasculature. Notch1 and Notch3 were shown to cooperate to promote proper vascular basement membrane formation and contribute to endothelial cell quiescence. Accordingly, loss of pericyte function due to Notch deficiency exacerbates endothelial cell activation caused by Notch1 haploinsufficiency. Mice mutant for Notch1 and Notch3 develop arteriovenous malformations and display hallmarks of the ischemic stroke disease CADASIL. Thus, Notch deficiency compromises pericyte function and contributes to vascular pathologies.Peer reviewe

Lymphangiogenesis requires Ang2/Tie/PI3K signaling for VEGFR3 cell-surface expression

Publisher Copyright: © 2022 American Society for Clinical Investigation. All rights reserved.Vascular endothelial growth factor C (VEGF-C) induces lymphangiogenesis via VEGF receptor 3 (VEGFR3), which is encoded by the most frequently mutated gene in human primary lymphedema. Angiopoietins (Angs) and their Tie receptors regulate lymphatic vessel development, and mutations of the ANGPT2 gene were recently found in human primary lymphedema. However, the mechanistic basis of Ang2 activity in lymphangiogenesis is not fully understood. Here, we used gene deletion, blocking Abs, transgene induction, and gene transfer to study how Ang2, its Tie2 receptor, and Tie1 regulate lymphatic vessels. We discovered that VEGF-C-induced Ang2 secretion from lymphatic endothelial cells (LECs) was involved in full Akt activation downstream of phosphoinositide 3 kinase (PI3K). Neonatal deletion of genes encoding the Tie receptors or Ang2 in LECs, or administration of an Ang2-blocking Ab decreased VEGFR3 presentation on LECs and inhibited lymphangiogenesis. A similar effect was observed in LECs upon deletion of the PI3K catalytic p110α subunit or with smallmolecule inhibition of a constitutively active PI3K located downstream of Ang2. Deletion of Tie receptors or blockade of Ang2 decreased VEGF-C-induced lymphangiogenesis also in adult mice. Our results reveal an important crosstalk between the VEGF-C and Ang signaling pathways and suggest new avenues for therapeutic manipulation of lymphangiogenesis by targeting Ang2/Tie/PI3K signaling.Peer reviewe

VEGFR-3 controls tip to stalk conversion at vessel fusion sites by reinforcing Notch signalling

Angiogenesis, the growth of new blood vessels, involves specification of endothelial cells to tip cells and stalk cells, which is controlled by Notch signalling, whereas vascular endothelial growth factor receptor (VEGFR)-2 and VEGFR-3 have been implicated in angiogenic sprouting. Surprisingly, we found that endothelial deletion of Vegfr3, but not VEGFR-3-blocking antibodies, postnatally led to excessive angiogenic sprouting and branching, and decreased the level of Notch signalling, indicating that VEGFR-3 possesses passive and active signalling modalities. Furthermore, macrophages expressing the VEGFR-3 and VEGFR-2 ligand VEGF-C localized to vessel branch points, and Vegfc heterozygous mice exhibited inefficient angiogenesis characterized by decreased vascular branching. FoxC2 is a known regulator of Notch ligand and target gene expression, and Foxc2(+/-);Vegfr3(+/-) compound heterozygosity recapitulated homozygous loss of Vegfr3. These results indicate that macrophage-derived VEGF-C activates VEGFR-3 in tip cells to reinforce Notch signalling, which contributes to the phenotypic conversion of endothelial cells at fusion points of vessel sprouts

Ratsastusterapia autismikirjon häiriössä toimintakykyä tukemassa

TIIVISTELMÄ Koikkalainen, Aino, Murtomäki, Jonna, Rantanen & Kaisa. Ratsastusterapia autismikirjon häiriössä toimintakykyä tukemassa. Kevät 2018. 61 s., 3 liitettä. Diakonia-ammattikorkeakoulu, Sosiaalialan koulutusohjelma, sosionomi (AMK). Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on ollut selvittää, mitä merkityksiä ratsastusterapialla on autismikirjon häiriöihin. Opinnäytetyön menetelmäksi valikoitui tapaustutkimus, jossa tuodaan esiin yhden henkilön tarina ratsastusterapian hyödyntämisestä henkilöllä, jolla on autismikirjon häiriö. Tutkimukseen liittyi vahvasti osallistuneen henkilön henkilökohtaiset tavoitteet ratsastusterapiassa ja niiden tarkastelu. Tapaustutkimukseen valikoitui miespuolinen nuori aikuinen nimeltä Ville, joka käy ratsastusterapiassa kaksi kertaa kuukaudessa. Tutkimuskysymykset olivat seuraavat: 1. Miten ratsastusterapiaa hyödynnetään autismikirjon häiriössä? 2. Kuinka ratsastusterapia tukee Villen toimintakykyä? Teoria osuudessa kerrotaan yleisesti autisminkirjon häiriöstä, vaihtoehtoisista kommunikointimenetelmistä, haastavasta käyttäytymisestä ja Green Care -toiminnasta sekä eläinten hyödyntämisestä terapiatoiminnoissa. Green Care -toiminnan tunnetuin toiminta, on eläinavusteinen toiminta ja ratsastusterapia. Tapaustutkimuksen tukena ja aineiston keruuna hyödynnettiin materiaalia tuoreimmasta palvelutarpeen arvioinnista, ratsastusterapeutin ja Villen omaisten haastatteluista syntyneestä materiaalista sekä henkilön ratsastusterapian havainnoinnista. Opinnäytetyön tulokset toivat myönteistä palautetta ratsastusterapiasta ja sen merkityksistä autismikirjon häiriöön. Ratsastusterapiassa asetetut henkilökohtaiset tavoitteet täyttyvät ja niitä työstetään koko ajan vahvemmiksi. Ratsastusterapian merkitys arjessa näkyy ratsastusterapian jälkeen vahvasti. Ratsastusterapiasta saadaan apua fyysisiin ongelmiin, kuten jäykkiin lonkkiin ja ryhtiin. Psyykkisesti Villeä vahvistavia merkityksiä ovat käytöshäiriöiden väheneminen ja rauhoittuminen. Saatujen tulosten perusteella opinnäytetyön tavoite saavutettiin. Opinnäytetyö toi runsaasti uutta tietoa autismikirjon häiriöihin liittyvistä ajankohtaisista asioista sekä ratsastusterapian hyödyntämisestä autismikirjon häiriössä. Tutkimuksesta syntynyt materiaali jäi kuitenkin odotettua vähäisemmäksi, mutta antaa sitä kautta hyvän mahdollisuuden jatkaa tutkimusta aiheesta.Koikkalainen, Aino, Murtomäki, Jonna & Rantanen, Kaisa. Equine-assisted therapy within the autism spectrum disorder supporting the individual’s ability to function. Helsinki, Spring 2018. 61 p. 3 appendices. Diaconia University of Applied Sciences, Degree Programme in Social Services, Bachelor on Social Services. The purpose of this thesis was to find out the meaning of equine-assisted therapy and what effect this has on the autism spectrum disorder. The thesis is a case study, it describes the journey of one person with an autism disorder and their history of equine-assisted therapy. This study related greatly to the person’s personal goals in equine-assisted therapy and their examination. The individual that was a part of this case study was a young adult male named Ville. Ville participated in equine-assisted therapy twice a month. The research questions are the following: 1. How is riding therapy used in regard to an autism spectrum disorder? 2. How does riding therapy support Ville’s ability to function? The theory of this section generally discusses the disorder of autism, alternative communication methods, challenging behaviours, Green Care and the utilisation of animals in therapeutic activities. Green Care’s most famous activities are animal-assisted therapy and equine-assisted therapy. To support this case study and data collection, the data was utilised to evaluate the latest service needs, the data from the riding therapist, Ville’s parent’s interviews and the observation of an individual’s equine-assisted therapy. The results from this thesis gave positive feedback in regard to equine-assisted therapy and its significance for the dysfunction of the autism disorder. The personal goals that were set in equine-assisted therapy are met and being worked on constantly. The success of equine-assisted therapy in everyday life can be seen after the therapy. Equine-assisted therapy helps Ville with physical problems such as stiff hips and body posture. Psychologically, Ville made progress with the reduction and calming of the behavioural disorder. Subsequently, based on the results that have been obtained the goals of the thesis have been achieved. The thesis brought new information on current issues related to the autism spectrum disorder and the use of riding therapy for the autism spectrum disorder. However, the data gathered by the research remains less than expected, but this does provide an opportunity to continue researching into this

Lymphangiogenesis requires Ang2/Tie/PI3K signaling for VEGFR3 cell-surface expression

Abstract Vascular endothelial growth factor C (VEGF-C) induces lymphangiogenesis via VEGF receptor 3 (VEGFR3), which is encoded by the most frequently mutated gene in human primary lymphedema. Angiopoietins (Angs) and their Tie receptors regulate lymphatic vessel development, and mutations of the ANGPT2 gene were recently found in human primary lymphedema. However, the mechanistic basis of Ang2 activity in lymphangiogenesis is not fully understood. Here, we used gene deletion, blocking Abs, transgene induction, and gene transfer to study how Ang2, its Tie2 receptor, and Tie1 regulate lymphatic vessels. We discovered that VEGF-C–induced Ang2 secretion from lymphatic endothelial cells (LECs) was involved in full Akt activation downstream of phosphoinositide 3 kinase (PI3K). Neonatal deletion of genes encoding the Tie receptors or Ang2 in LECs, or administration of an Ang2-blocking Ab decreased VEGFR3 presentation on LECs and inhibited lymphangiogenesis. A similar effect was observed in LECs upon deletion of the PI3K catalytic p110α subunit or with small-molecule inhibition of a constitutively active PI3K located downstream of Ang2. Deletion of Tie receptors or blockade of Ang2 decreased VEGF-C–induced lymphangiogenesis also in adult mice. Our results reveal an important crosstalk between the VEGF-C and Ang signaling pathways and suggest new avenues for therapeutic manipulation of lymphangiogenesis by targeting Ang2/Tie/PI3K signaling