ABSTRACT Histopathological studies of multiple sclerosis (MS), a demyelinating disease of the central nervous system (CNS), and its animal model, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), have found newly formed leaky vessels in demyelinated acute and chronic plaques, in addition to blood-brain barrier (BBB) damage in existing vessels, that exacerbate disease pathology by increasing infiltration of immune cells. Which vessel subtypes and signaling pathways generate these aberrant vessels is poorly understood. Using single-cell RNA-sequencing and in vivo validation, we find that transcriptome signatures of neo-angiogenesis arise in venous endothelial cells in both acute and chronic EAE, and correlate with upregulation in VEGF-A signaling. These neo-angiogenic markers are also increased in acute and chronic MS lesions. Treatment with a VEGF-A blocking antibody diminishes neo-angiogenic transcriptomic signatures and vascular proliferation in vivo , but does not restore BBB function or ameliorate significantly EAE pathology. Therefore, anti-angiogenic therapies in combination with immunomodulatory therapies may benefit MS progression.

The stability of tight junctions (TJs) between endothelial cells (ECs) is essential to maintain blood-brain barrier (BBB) function in the healthy brain. Following ischemic stroke, TJ strand dismantlement due to protein degradation leads to BBB dysfunction, yet the mechanisms driving this process are poorly understood. Here, we show that endothelial-specific ablation of Rab7a, a small GTPase that regulates endolysosomal protein degradation, reduces stroke-induced TJ strand disassembly resulting in decreased paracellular BBB permeability and improved neuronal outcomes. Two pro-inflammatory cytokines, TNFα and IL1β, but not glucose and oxygen deprivation, induce Rab7a activation via Ccz1 in brain ECs in vitro , leading to increased TJ protein degradation and impaired paracellular barrier function. Silencing Rab7a in brain ECs in vitro reduces cytokine-driven endothelial barrier dysfunction by suppressing degradation of a key BBB TJ protein, Claudin-5. Thus, Rab7a activation by inflammatory cytokines promotes degradation of select TJ proteins leading to BBB dysfunction after ischemic stroke.