AimsNeointimal hyperplasia is a common feature of fibro-proliferative vascular disease and characterizes initial stages of atherosclerosis. Neointimal lesions mainly comprise smooth muscle-like cells. The presence of these lesions is related to local differences in shear stress. Neointimal cells may arise through migration and proliferation of smooth muscle cells from the media. However, a role for the endothelium as a source of smooth muscle-like cells has largely been disregarded. Here, we investigated the role of endothelial-to-mesenchymal transition (EndMT) in neointimal hyperplasia and atherogenesis, and studied its modulation by shear stress.

We previously reported high-throughput RNA sequencing analyses that identified heightened expression of the chromatin architectural factor High Mobility Group AT-hook 1 (HMGA1) in pulmonary arterial endothelial cells (PAECs) from patients who had idiopathic pulmonary arterial hypertension (PAH) in comparison with controls. Because HMGA1 promotes epithelial-to-mesenchymal transition in cancer, we hypothesized that increased HMGA1 could induce transition of PAECs to a smooth muscle (SM)-like mesenchymal phenotype (endothelial-to-mesenchymal transition), explaining both dysregulation of PAEC function and possible cellular contribution to the occlusive remodeling that characterizes advanced idiopathic PAH.We documented increased HMGA1 in PAECs cultured from idiopathic PAH versus donor control lungs. Confocal microscopy of lung explants localized the increase in HMGA1 consistently to pulmonary arterial endothelium, and identified many cells double-positive for HMGA1 and SM22α in occlusive and plexogenic lesions. Because decreased expression and function of bone morphogenetic protein receptor 2 (BMPR2) is observed in PAH, we reduced BMPR2 by small interfering RNA in control PAECs and documented an increase in HMGA1 protein. Consistent with transition of PAECs by HMGA1, we detected reduced platelet endothelial cell adhesion molecule 1 (CD31) and increased endothelial-to-mesenchymal transition markers, αSM actin, SM22α, calponin, phospho-vimentin, and Slug. The transition was associated with spindle SM-like morphology, and the increase in αSM actin was largely reversed by joint knockdown of BMPR2 and HMGA1 or Slug. Pulmonary endothelial cells from mice with endothelial cell-specific loss of Bmpr2 showed similar gene and protein changes.Increased HMGA1 in PAECs resulting from dysfunctional BMPR2 signaling can transition endothelium to SM-like cells associated with PAH.

Patient-specific iPSCs model endothelial dysfunction in lamin A and C–related dilated cardiomyopathy and identify lovastatin as a therapy.

Abstract Physiologic laminar shear stress (LSS) induces an endothelial gene expression profile that is vasculo-protective. In this report, we delineate how LSS mediates changes in the epigenetic landscape to promote this beneficial response. We show that under LSS, KLF4 interacts with the SWI/SNF nucleosome remodeling complex to increase accessibility at enhancer sites that promote expression of homeostatic endothelial genes. By combining molecular and computational approaches we discovered enhancers that loop to promoters of known and novel KLF4- and LSS-responsive genes that stabilize endothelial cells and suppress inflammation, such as BMPR2 and DUSP5 . By linking enhancers to genes that they regulate under physiologic LSS, our work establishes a foundation for interpreting how non-coding DNA variants in these regions might disrupt protective gene expression to influence vascular disease.

ABSTRACT Neutrophil elastase (NE) is implicated in pulmonary arterial hypertension (PAH) but the role of neutrophils in the pathogenesis of PAH is unclear. Here we show that neutrophils from PAH vs. control subjects produce and release increased NE associated with enhanced extracellular trap formation. PAH neutrophils are highly adherent and show decreased migration consistent with increased vinculin, identified on proteomic analysis and previously linked to an antiviral response. This was substantiated by a transcriptomic interferon signature in PAH neutrophils and an increase in human endogenous retrovirus (HERV-K) envelope protein. NE and interferon genes are induced by HERV-K envelope and vinculin is increased by HERV-K dUTPase that is elevated in PAH plasma. Neutrophil exosomes from PAH plasma contain increased NE and HERV-K envelope and induce pulmonary hypertension in mice, that is mitigated by the NE inhibitor and antiviral agent, elafin. Thus, elevated HERVs explain pathological neutrophils linked to PAH induction and progression.

ABSTRACT Pathological high shear stress (HSS, 100 dyn/cm 2 ) is generated in distal pulmonary arteries (PA) (100-500 μm) in congenital heart defects and in progressive PA hypertension (PAH) with inward remodeling and luminal narrowing. Human PA endothelial cells (PAEC) were subjected to HSS versus physiologic laminar shear stress (LSS, 15 dyn/cm 2 ). Endothelial-mesenchymal transition (EndMT), a feature of PAH not previously attributed to HSS, was observed. H3K27ac peaks containing motifs for an ETS-family transcription factor (ERG) were reduced, as was ERG-Krüppel-like factors (KLF)2/4 interaction and ERG expression. Reducing ERG by siRNA in PAEC during LSS caused EndMT; transfection of ERG in PAEC under HSS prevented EndMT. An aorto-caval shunt was preformed in mice to induce HSS and progressive PAH. Elevated PA pressure, EndMT and vascular remodeling were reduced by an adeno-associated vector that selectively replenished ERG in PAEC. Agents maintaining ERG in PAEC should overcome the adverse effect of HSS on progressive PAH.

Hypoplastic left heart syndrome (HLHS) is one of the most challenging forms of congenital heart diseases. Previous studies were mainly focused on intrinsic defects in myocardium. However, this does not sufficiently explain the abnormal development of the cardiac valve, septum, and vasculature, known to originate from the endocardium. Here, using single-cell RNA profiling, induced pluripotent stem cells, and human fetal heart tissue with an underdeveloped left ventricle, we identified a developmentally impaired endocardial population in HLHS. The intrinsic endocardial deficits contributed to abnormal endothelial to mesenchymal transition, NOTCH signaling, and extracellular matrix organization, all of which are key factors in valve formation. Consequently, endocardial abnormalities conferred reduced proliferation and maturation of cardiomyocytes through a disrupted fibronectin-integrin interaction. Several recently described HLHS de novo mutations were associated with abnormal endocardial gene and FN1 regulation and expression. Our studies provide a rationale for considering endocardial function in future regenerative strategies for HLHS.