Endoglin is a transmembrane accessory receptor for transforming growth factor-beta (TGF-beta) that is predominantly expressed on proliferating endothelial cells in culture and on angiogenic blood vessels in vivo. Endoglin, as well as other TGF-beta signalling components, is essential during angiogenesis. Mutations in endoglin and activin receptor-like kinase 1 (ALK1), an endothelial specific TGF-beta type I receptor, have been linked to the vascular disorder, hereditary haemorrhagic telangiectasia. However, the function of endoglin in TGF-beta/ALK signalling has remained unclear. Here we report that endoglin is required for efficient TGF-beta/ALK1 signalling, which indirectly inhibits TGF-beta/ALK5 signalling. Endothelial cells lacking endoglin do not grow because TGF-beta/ALK1 signalling is reduced and TGF-beta/ALK5 signalling is increased. Surviving cells adapt to this imbalance by downregulating ALK5 expression in order to proliferate. The ability of endoglin to promote ALK1 signalling also explains why ectopic endoglin expression in endothelial cells promotes proliferation and blocks TGF-beta-induced growth arrest by indirectly reducing TGF-beta/ALK5 signalling. Our results indicate a pivotal role for endoglin in the balance of ALK1 and ALK5 signalling to regulate endothelial cell proliferation.

Aberrant neovascularization contributes to diseases such as cancer, blindness and atherosclerosis, and is the consequence of inappropriate angiogenic signalling. Although many regulators of pathogenic angiogenesis have been identified, our understanding of this process is incomplete. Here we explore the transcriptome of retinal microvessels isolated from mouse models of retinal disease that exhibit vascular pathology, and uncover an upregulated gene, leucine-rich alpha-2-glycoprotein 1 (Lrg1), of previously unknown function. We show that in the presence of transforming growth factor-β1 (TGF-β1), LRG1 is mitogenic to endothelial cells and promotes angiogenesis. Mice lacking Lrg1 develop a mild retinal vascular phenotype but exhibit a significant reduction in pathological ocular angiogenesis. LRG1 binds directly to the TGF-β accessory receptor endoglin, which, in the presence of TGF-β1, results in promotion of the pro-angiogenic Smad1/5/8 signalling pathway. LRG1 antibody blockade inhibits this switch and attenuates angiogenesis. These studies reveal a new regulator of angiogenesis that mediates its effect by modulating TGF-β signalling. LRG1 is identified as a new regulator of TGF-β signalling that promotes angiogenesis via a TβRII–ALK1–ENG–Smad1/5/8 signalling pathway; antibody-mediated inhibition of LRG1 reduces pathogenic neovascularization in a mouse model of retinal injury. Defective angiogenesis is a common feature in many diseases including age-related macular degeneration, atherosclerosis, rheumatoid arthritis and cancer. Here John Greenwood and colleagues identify a novel angiogenic glycoprotein of previously unknown function — leucine-rich-alpha-2-glycoprotein 1 (LRG1) — that exerts its effect through modifying TGF-β signalling. LRG1, upregulated in vitreous samples from humans with proliferative diabetic retinopathy, activates an angiogenic switch by binding to the receptor endoglin and promoting pro-angiogenic TGF-β signalling. Antibody-mediated inhibition of LRG1 reduces pathogenic neovascularization in a mouse model of retinal injury, which suggests that LRG1 is a possible therapeutic target for controlling pathological angiogenesis in ocular disease.

Endoglin (CD105) is expressed on the surface of endothelial and haematopoietic cells in mammals and binds TGFβ isoforms 1 and 3 in combination with the signaling complex of TGFβ receptors types I and II. Endoglin expression increases during angiogenesis, wound healing, and inflammation, all of which are associated with TGFβ signaling and alterations in vascular structure. The importance of endoglin for normal vascular architecture is further indicated by the association of mutations in the endoglin gene with the inherited disorder Hereditary Haemorrhagic Telangiectasia Type 1 (HHT1), a disease characterised by bleeding from vascular malformations. In order to study the role of endoglin in vivo in more detail and to work toward developing an animal model of HHT1, we have derived mice that carry a targeted nonsense mutation in the endoglin gene. Studies on these mice have revealed that endoglin is essential for early development. Embryos homozygous for the endoglin mutation fail to progress beyond 10.5 days postcoitum and fail to form mature blood vessels in the yolk sac. This phenotype is remarkably similar to that of the TGFβ1 and the TGFβ receptor II knockout mice, indicating that endoglin is needed in vivo for TGFβ1 signaling during extraembryonic vascular development. In addition, we have observed cardiac defects in homozygous endoglin-deficient embryos, suggesting endoglin also plays a role in cardiogenesis. We anticipate that heterozygous mice will ultimately serve as a useful disease model for HHT1, as some individuals have dilated and fragile blood vessels similar to vascular malformations seen in HHT patients.

à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d'enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

Abstract Rationale Successful and timely coronary reperfusion following acute ST-elevation myocardial infarction (STEMI) is standard therapy to salvage transiently ischaemic heart muscle. However, the subsequent inflammatory response within the infarct can lead to further loss of viable myocardium. Robust interventions are required in the acute MI setting to minimise cardiac injury and reduce risk of further detrimental progression. Objective TGFβ1 is an anti-inflammatory cytokine released endogenously in response to infection or tissue injury. The goal of this study was to investigate its protective effects when given exogenously following myocardial infarction. Methods and Results TGFβ1 is found at increased levels in the blood of STEMI patients immediately following myocardial infarction. We observe a significant correlation (p=0.003) between higher circulating TGFβ1 levels at 24h post MI and a reduction in infarct size over the following 3 months, suggesting that an early increase in circulating TGFβ1 is protective in these patients. Using a mouse model of cardiac ischaemia-reperfusion we demonstrate that additional exogenous TGFβ1 delivered in the acute setting has multiple beneficial outcomes. At 24 hours post-reperfusion It leads to a significantly smaller infarct size (30% reduction, p=0.025), reduced inflammatory infiltrate (28% reduction, p=0.015), lower intra-cardiac expression of inflammatory cytokines IL1β and CCL2 (>50 % reduction, p=0.038 and 0.0004, respectively) and reduced scar size at 4 weeks (21% reduction, p=0.015). Furthermore exogenous delivery of an equivalent dose of HpTGM, a recently described low-fibrogenic mimic of TGFβ1, secreted by a helminth parasite to evade immune rejection, has an almost identical protective effect on injured mouse hearts. Furthermore using a genetic approach we show the benefit is mediated by the vascular endothelium. Conclusions This work reveals the potential of exogenous TGFβ1 and HpTGM delivered in the acute MI setting to provide protective anti-inflammatory effects and reduce infarct size, leading to a smaller scar and reduced detrimental progression.

Abstract Endoglin (ENG) forms a receptor complex with ALK1 in endothelial cells (ECs) to promote BMP9/10 signalling. Loss of function mutations in either ENG or ALK1 genes lead to the inherited vascular disorder Hereditary Haemorrhagic Telangiectasia (HHT), characterised by arteriovenous malformations (AVMs). However, the vessel-specific role of ENG and ALK1 proteins in protecting against AVMs is unclear. For example, AVMs have been described to initiate in arterioles, whereas ENG is predominantly expressed in venous ECs. To investigate whether ENG has any arterial involvement in protecting against AVM formation we specifically depleted the Eng gene in venous and capillary endothelium whilst maintaining arterial expression, and investigated how this affected the incidence and location of AVMs in comparison with pan-endothelial Eng knockdown. Methods Using the mouse neonatal retinal model of angiogenesis, we first established the earliest time point at which Apj-Cre-ERT2 activity was present in venous and capillary ECs but absent from arterial ECs. We then compared the incidence of AVMs following pan-endothelial or venous/capillary-specific ENG knockout. Results Activation of Apj-Cre-ERT2 with tamoxifen from postnatal day (P) 5 ensured preservation of arterial ENG protein expression. Specific loss of ENG expression in ECs of veins and capillaries led to retinal AVMs at a similar frequency to pan-endothelial loss of ENG. AVMs occurred in the proximal as well as the distal part of the retina consistent with a defect in vascular remodelling during maturation of the vasculature. Conclusion Expression of ENG is not required in arterial ECs to protect against AVM formation.

Abstract Rationale Hereditary haemorrhagic telangiectasia (HHT) is an inherited bleeding disorder characterised by arteriovenous malformations (AVMs). Such AVMs affect lungs, liver and brain, whilst telangiectases in mucocutaneous tissues are prone to haemorrhage. HHT type I is caused by loss-of-function endoglin ( ENG ) mutations. Evidence suggests AVMs result from abnormal responses to VEGF signalling. Objective We therefore characterised the vascular abnormalities in eng mutant zebrafish and investigated whether these are prevented by inhibiting different pathways downstream of VEGF signalling. Methods and Results We used light sheet fluorescence microscopy to visualise the vasculature in eng mu130 mutant zebrafish. In addition to previously described significantly enlarged dorsal aorta and posterior cardinal vein at 3d post fertilisation, eng mu130 embryos had an enlarged basilar artery (BA), and increased formation of endothelial “kugeln” on cerebral vessels. Adult eng mu130 fish developed skin AVMs, retinal vascular abnormalities, and an enlarged heart. Tivozanib (AV951), a VEGF receptor tyrosine kinase inhibitor, prevented development of the abnormally enlarged major vessels and normalised the number of kugeln in eng mu130 embryos. Inhibiting discrete signalling pathways downstream of VEGFR2 in eng mu130 embryos gave further insights. Inhibiting TOR or MEK prevented the abnormal trunk and cerebral vasculature phenotype, whilst targeting NOS and MAPK had no effect. Combining subtherapeutic TOR and MEK inhibition prevented the vascular phenotype, suggesting synergy between TOR and MEK/ERK signalling pathways. Conclusions These results indicate the HHT-like phenotype in zebrafish endoglin mutants can be mitigated through modulation of VEGF signalling, and implicate combination low dose ERK and TOR pathway inhibitors as a therapeutic strategy in HHT. Graphical Abstract

ABSTRACT Tandem CCCH zinc finger (TZF) proteins play diverse roles in plant growth and stress response. Although as many as 11 TZF proteins have been identified in Arabidopsis , little is known about the mechanism by which TZF proteins select and regulate the target mRNAs. Here, we report that Arabidopsis TZF1 is a bona-fide stress granule protein. Ectopic expression of TZF1 ( TZF1 OE ), but not an mRNA binding-defective mutant ( TZF1 H186Y OE ), enhances salt stress tolerance in Arabidopsis . RNA-seq analyses of NaCl-treated plants revealed that the down-regulated genes in TZF1 OE plants are enriched for functions in salt and oxidative stress responses. Because many of these down-regulated mRNAs contain AU- and/or U-rich elements (AREs and/or UREs) in their 3’-UTRs, we hypothesized that TZF1—ARE/URE interaction might contribute to the observed gene expression changes. Results from RNA immunoprecipitation-quantitative PCR analysis, gel-shift, and mRNA half-life assays indicate that TZF1 binds and triggers degradation of the autoinhibited Ca 2+ -ATPase 11 ( ACA11 ) mRNA, encoding a tonoplast-localized calcium pump that extrudes calcium and dampens the signal transduction pathways necessary for salt stress tolerance. Furthermore, this salt stress-tolerance phenotype was recapitulated in aca11 null mutants. Remarkably, a set of positive regulators for salt stress tolerance was upregulated in TZF1 OE plants. These include Na + /H + Exchanger ( NHX ) family members known to contribute to Na + homeostasis and salinity stress tolerance. Collectively, we present a model in which TZF1 targets ACA11 and ACA4 directly, and repressors of NHXs and other negative regulators indirectly for mRNA degradation to enhance plant salt stress tolerance.