During development, the lymphatic vasculature forms as a second, new vascular network derived from blood vessels. The transdifferentiation of embryonic venous endothelial cells (VECs) into lymphatic endothelial cells (LECs) is the first step in this process. Specification, differentiation and maintenance of LEC fate are all driven by the transcription factor Prox1, yet downstream mechanisms remain to be elucidated. We present a single cell transcriptomic atlas of lymphangiogenesis in zebrafish revealing new markers and hallmarks of LEC differentiation over four developmental stages. We further profile single cell transcriptomic and chromatin accessibility changes in zygotic prox1a mutants that are undergoing a VEC-LEC fate reversion during differentiation. Using maternal and zygotic prox1a/prox1b mutants, we determine the earliest transcriptomic changes directed by Prox1 during LEC specification. This work altogether reveals new transcriptional targets and regulatory regions of the genome downstream of Prox1 in LEC maintenance, as well as showing that Prox1 specifies LEC fate primarily by limiting blood vascular and hematopoietic fate. This extensive single cell resource provides new mechanistic insights into the enigmatic role of Prox1 and the control of LEC differentiation in development.

Abstract Lymphatic vessels play a role in several physiological and pathological processes including tissue fluid homeostasis, dietary fat absorption, immunosurveillance, and immunomodulation. During embryonic development, lymphatic endothelial cell (LEC) precursors are distinguished from blood endothelial cells by the expression of the transcription factor Prospero-related homeobox 1 ( PROX1). PROX1 is essential for lymphatic vascular network formation in mouse and zebrafish. The initiation of PROX1 expression precedes LEC sprouting and migration, serving as the definitive marker of specified LECs. Despite its crucial role in lymphatic development, the upstream regulation of PROX1 in LECs remains to be uncovered. SOX18 and COUP-TFII are thought to regulate Prox1 expression in mice by binding to its promoter region. However, how the specificity of Prox1 expression to LECs is achieved remains to be studied in detail. In this study, we analysed evolutionary conservation and chromatin accessibility to identify enhancer sequences located in the proximity of zebrafish prox1a active in developing LECs. We confirmed the functional role of the identified sequences through CRISPR/Cas9 mutagenesis of a lymphatic valve enhancer. The deletion of this genomic region results in impaired valve morphology and function. Overall, our results reveal the intricate control of prox1a expression through a collection of enhancers. Ray-finned fish-specific distal enhancers drive pan-lymphatic expression, while vertebrate-conserved proximal enhancers refine expression in functionally distinct subsets of lymphatic vessels. Graphical Abstract

Abstract The pathogenesis of numerous diseases is characterised by disruption of the junctions that form the endothelial cell (EC) barrier, the composition of which may differ greatly between organs. However, the expression level variability and precise contribution of different junctional proteins is poorly understood. Here, we focus on organs with continuous endothelium to identify structural and functional in vivo characteristics of the EC barrier. Assembly of multiple single-cell RNAseq datasets into a single integrated database revealed the variability in EC barrier patterning. Across tissues Claudin5 exhibited diminishing expression along the arteriovenous axis, which correlates with EC barrier integrity. Functional analysis identified tissue-specific differences in leakage patterning and response to agonist-induced leakage. We uncover that Claudin5 loss enhances agonist-induced leakage in an organotypic, vessel type-specific and size-selective manner in an inducible, EC-specific, knock-out mouse. Mechanistically, Claudin5 loss induces no change in junction ultrastructure but alters composition, with concomitant loss of zonula occludens-1 (ZO-1) expression and upregulation of VE-Cadherin. These findings uncover the organ-specific organisation of the EC barrier and distinct importance of Claudin5 in different vascular beds and will aid our ability to modify EC barrier stability in a targeted, organ-specific manner.

ABSTRACT The migration of lymphatic endothelial cells (LECs) is key for the development of the complex and vast lymphatic vascular network that pervades most of the tissues in an organism. In zebrafish, arterial intersegmental vessels together with chemokines have been shown to promote lymphatic cell migration from the horizontal myoseptum (HM). Here we found that LECs departure from HM coincides with the emergence of mural cells around the intersegmental arteries, raising the possibility that arterial mural cells promote LEC migration. Our live imaging and cell ablation experiments revealed that LECs migrate slower and fail to establish the lymphatic vascular network in the absence of arterial mural cells. We determined that mural cells are a source for the C-X-C motif chemokine 12 (Cxcl12a and Cxcl12b) and vascular endothelial growth factor C (Vegfc). We showed that ERK, a downstream component of Vegfc-Vegfr3 singling cascade, is activated in migrating LECs and that both chemokine and growth factor signalling is required for the robust migration. Furthermore, Vegfc-Vegfr3 has a pro-survival role in LECs during the migration. Together, the identification of mural cells a source for signals that guide LEC migration and survival will be important in the future design for rebuilding lymphatic vessels in the disease contexts.

ABSTRACT New technologies have resulted in a better understanding of blood and lymphatic vascular heterogeneity at the cellular and molecular levels. However, we still need to learn more about the heterogeneity of the cardiovascular and lymphatic systems among different species at the anatomical and functional levels. Even the deceptively simple question of the functions of fish lymphatic vessels has yet to be conclusively answered. The most common interpretation assumes a similar dual setup of the vasculature in zebrafish and mammals: a cardiovascular circulatory system, and a lymphatic vascular system (LVS), in which the unidirectional flow is derived from surplus interstitial fluid and returned into the cardiovascular system. A competing interpretation questions the identity of the lymphatic vessels in fish as at least some of them receive their flow from arteries via specialised anastomoses, neither requiring an interstitial source for the lymphatic flow nor stipulating unidirectionality. In this alternative view, the ‘fish lymphatics’ are a specialised subcompartment of the cardiovascular system, called the secondary vascular system (SVS). Many of the contradictions found in the literature appear to stem from the fact that the SVS develops in part or completely from an embryonic LVS by transdifferentiation. Future research needs to establish the extent of embryonic transdifferentiation of lymphatics into SVS blood vessels. Similarly, more insight is needed into the molecular regulation of vascular development in fish. Most fish possess more than the five vascular endothelial growth factor (VEGF) genes and three VEGF receptor genes that we know from mice or humans, and the relative tolerance of fish to whole‐genome and gene duplications could underlie the evolutionary diversification of the vasculature. This review discusses the key elements of the fish lymphatics versus the SVS and attempts to draw a picture coherent with the existing data, including phylogenetic knowledge.