Extracellular vesicles (EVs) contain bioactive cargo including microRNAs (miRNAs) and proteins that are released by cells as a form of cell-cell communication. Endothelial cells (ECs) form the innermost lining of all blood vessels and thereby interface with cells in the circulation as well as cells residing in the vascular wall. It is unknown whether ECs have the capacity to release EVs capable of governing recipient cells within two separate compartments, and how this is affected by endothelial activation commonly seen in atheroprone regions.Given their boundary location, we propose that ECs utilize bidirectional release of distinct EV cargo in quiescent and activated states to communicate with cells within the circulation and blood vessel wall.EVs were isolated from primary human aortic endothelial cells (ECs) (+/-IL-1β activation), quantified, and analysed by miRNA transcriptomics and proteomics. Compared to quiescent ECs, activated ECs increased EV release, with miRNA and protein cargo that were related to atherosclerosis. RNA sequencing of EV-treated monocytes and smooth muscle cells (SMCs) revealed that EVs from activated ECs altered pathways that were pro-inflammatory and atherogenic. Apical and basolateral EV release was assessed using ECs on transwells. ECs released more EVs apically, which increased with activation. Apical and basolateral EV cargo contained distinct transcriptomes and proteomes that were altered by EC activation. Notably, basolateral EC-EVs displayed greater changes in the EV secretome, with pathways specific to atherosclerosis. In silico analysis determined that compartment-specific cargo released by the apical and basolateral surfaces of ECs can reprogram monocytes and SMCs, respectively.The demonstration that ECs are capable of polarized EV cargo loading and directional EV secretion reveals a novel paradigm for endothelial communication, which may ultimately enhance our ability to design endothelial-based therapeutics for cardiovascular diseases such as atherosclerosis where ECs are persistently activated.

Aim: The ETS transcription factor ERG has been identified as a principal regulator of endothelial function through its ability to repress inflammation in endothelial cells (ECs), and loss of ERG induces endothelial to mesenchymal transition (EndMT) in fibrotic disease. To investigate ERG function in atherosclerosis, we employed an EC-specific Erg knockout ( Erg EC - KO ) in PCSK9-overexpression and apoE-deficient murine atherosclerosis models. Methods: Atherosclerosis was induced in 10-week-old Erg EC - KO mice or wild-type counterparts that had a Cre-inducible EC lineage tag ( Cdh5 CreER ; R26-CAG-LSL-Sun1-sfGFP ). Atherosclerosis was modeled by Apoe deletion or AAV8-PCSK9 with 12 weeks of high-cholesterol diet (1.25%). Aortic intimal cells were assessed with flow cytometry. Plaque burden, morphology, and cellularity were characterized with brightfield, Oil Red O, H&E, Movat, and immunofluorescence imaging. Results: Erg EC-KO in PCSK9-overexpression mice led to a 1.6-fold increase in aortic plaque burden and plaque formation in regions that are usually protected (e.g., greater curvature; p≤0.03; n=9-10). Loss of ERG increased elastin breaks (1.7-fold; p=0.02; n=9) and decreased fibrous cap thickness (0.76-fold; p=0.02; n=9-10) in aortic arch cross sections. Aortic intimal digests from Erg EC- KO mice contained increased Sun1-sfGFP + EC lineage cells (1.9-fold; p=0.01; n=4), which had reduced CD31 positivity (0.79-fold; p=0.03; n=4). Notably, a 5.3-fold increase in EC lineage cells was observed in plaques from brachiocephalic artery cross sections (p=0.0001; n=6-15), which had hallmarks of EndMT (e.g., 31.5-fold increase in GFP + ACTA2 + cells, p=0.02, n=3-5). Increased aortic plaque burden was recapitulated in apoE-deficient E rg EC- KO mice (2.1-fold; p=0.02; n=4-8). Conclusion: Endothelial Erg KO results in increased plaque burden and altered plaque topography in murine atherosclerosis. Loss of ERG induces EndMT and marked ingression of ECs from the luminal endothelium to the plaque interior. These findings highlight loss of ERG as a novel mechanism by which intimal ECs acquire mesenchymal identity in atherosclerosis and implicate EC identity loss as a driver of EC migration into plaques, which is associated with a vulnerable morphology.