Atherosclerotic cardiovascular disease (ASCVD) is the leading cause of mortality worldwide. Laminar shear stress from blood flow, sensed by vascular endothelial cells, protects from ASCVD by upregulating the transcription factors KLF2 and KLF4, which induces an anti-inflammatory program that promotes vascular resilience. Here we identify clustered γ-protocadherins as therapeutically targetable, potent KLF2 and KLF4 suppressors whose upregulation contributes to ASCVD. Mechanistic studies show that γ-protocadherin cleavage results in translocation of the conserved intracellular domain to the nucleus where it physically associates with and suppresses signaling by the Notch intracellular domain. γ-Protocadherins are elevated in human ASCVD endothelium; their genetic deletion or antibody blockade protects from ASCVD in mice without detectably compromising host defense against bacterial or viral infection. These results elucidate a fundamental mechanism of vascular inflammation and reveal a method to target the endothelium rather than the immune system as a protective strategy in ASCVD.

Abstract Atherosclerotic cardiovascular disease (ASCVD) is the leading cause of mortality worldwide 1 . Laminar shear stress (LSS) from blood flow in straight regions of arteries protects against ASCVD by upregulating the Klf2/4 anti-inflammatory program in endothelial cells (ECs) 2–8 . Conversely, disturbed shear stress (DSS) at curves or branches predisposes these regions to plaque formation 9,10 . We previously reported a whole genome CRISPR knockout screen 11 that identified novel inducers of Klf2/4. Here we report suppressors of Klf2/4 and characterize one candidate, protocadherin gamma A9 (Pcdhga9), a member of the clustered protocadherin gene family 12 . Pcdhg deletion increases Klf2/4 levels in vitro and in vivo and suppresses inflammatory activation of ECs. Pcdhg suppresses Klf2/4 by inhibiting the Notch pathway via physical interaction of cleaved Notch1 intracellular domain (NICD Val1744) with nuclear Pcdhg C-terminal constant domain (CCD). Pcdhg inhibition by EC knockout (KO) or blocking antibody protects from atherosclerosis. Pcdhg is elevated in the arteries of human atherosclerosis. This study identifies a novel fundamental mechanism of EC resilience and therapeutic target for treating inflammatory vascular disease.

Abstract A key feature of arteriogenesis is capillary-to-arterial endothelial cell fate transition. Although a number of studies in the past two decades suggested this process is driven by VEGF activation of Notch signaling, how arteriogenesis is regulated remains poorly understood. Here we report that arterial specification is mediated by fluid shear stress (FSS) independent of VEGFR2 signaling and that a decline in VEGFR2 signaling is required for arteriogenesis to fully take place. VEGF does not induce arterial fate in capillary ECs and, instead, counteracts FSS-driven capillary-to-arterial cell fate transition. Mechanistically, FSS-driven arterial program involves both Notch-dependent and Notch-independent events. Sox17 is the key mediator of the FSS-induced arterial specification and a target of VEGF-FSS competition. These findings suggest a new paradigm of VEGF-FSS crosstalk coordinating angiogenesis, arteriogenesis and capillary maintenance.