Abstract Endothelial cell (EC) sensing of fluid shear stress regulates atherosclerosis, a disease of arteries that causes heart attack and stroke. Atherosclerosis preferentially develops at regions of arteries exposed to low oscillatory shear stress (LOSS), whereas high shear regions are protected. We show using inducible EC-specific genetic deletion in hyperlipidaemic mice that the Notch ligands JAG1 and DLL4 have opposing roles in atherosclerosis. While endothelial Jag1 promoted atherosclerosis at sites of LOSS, endothelial Dll4 was atheroprotective. Analysis of porcine and murine arteries and cultured human coronary artery EC exposed to experimental flow revealed that JAG1 and its receptor NOTCH4 are strongly upregulated by LOSS. Functional studies in cultured cells and in mice with EC-specific deletion of Jag1 show that JAG1-NOTCH4 signalling drives vascular dysfunction by repressing endothelial repair. These data demonstrate a fundamental role for JAG1-NOTCH4 in sensing LOSS during disease, and suggest therapeutic targeting of this pathway to treat atherosclerosis.

Apoptotic cell clearance by phagocytes is a fundamental process during development, homeostasis and the resolution of inflammation. However, the demands placed on phagocytic cells such as macrophages by this process, and the limitations these interactions impose on subsequent cellular behaviours are not yet clear. Here we seek to understand how apoptotic cells affect macrophage function in the context of a genetically-tractable Drosophila model in which macrophages encounter excessive amounts of apoptotic cells. We show that loss of the glial transcription factor repo , and corresponding removal of the contribution these cells make to apoptotic cell clearance, causes macrophages in the developing embryo to be challenged with large numbers of apoptotic cells. As a consequence, macrophages become highly vacuolated with cleared apoptotic cells and their developmental dispersal and migration is perturbed. We also show that the requirement to deal with excess apoptosis caused by a loss of repo function leads to impaired inflammatory responses to injury. However, in contrast to migratory phenotypes, defects in wound responses cannot be rescued by preventing apoptosis from occurring within a repo mutant background. In investigating the underlying cause of these impaired inflammatory responses, we demonstrate that wound-induced calcium waves propagate into surrounding tissues, including neurons and glia of the ventral nerve cord, which exhibit striking calcium waves on wounding, revealing a previously unanticipated contribution of these cells during responses to injury. Taken together these results demonstrate important insights into macrophage biology and how repo mutants can be used to study macrophage-apoptotic cell interactions in the fly embryo. Furthermore, this work shows how these multipurpose cells can be overtasked to the detriment of their other functions, alongside providing new insights into which cells govern macrophage responses to injury in vivo.

Macrophages encounter and clear apoptotic cells during normal development and homeostasis, including at numerous sites of pathology. Clearance of apoptotic cells has been intensively studied, but the effects of macrophage-apoptotic cell interactions on macrophage behaviour are poorly understood. Using Drosophila embryos, we have exploited the ease of manipulating cell death and apoptotic cell clearance in this model to identify that the loss of the apoptotic cell clearance receptor Simu leads to perturbation of macrophage migration and inflammatory responses via pathological levels of apoptotic cells. Removal of apoptosis ameliorates these phenotypes, while acute induction of apoptosis phenocopies these defects and reveals that phagocytosis of apoptotic cells is not necessary for their anti-inflammatory action. Furthermore, Simu is necessary for clearance of necrotic debris and rentention of macrophages at wounds. Thus, Simu is a general detector of damaged self and represents a novel molecular player in controlling resolution of inflammation.

The ability of endothelial cells (EC) to sense blood flow direction is a critical determinant of vascular health and disease. Unidirectional flow induces EC alignment and vascular homeostasis, whereas bidirectional flow has pathophysiological effects. EC express several mechanoreceptors that can respond to fluid flow (shear stress) but the mechanism for sensing the direction of shearing force is poorly understood. We observed using in vitro flow systems and magnetic tweezers that β1 integrin is a key sensor of force direction because it is activated by unidirectional but not bidirectional shearing forces. Consistently, β1 integrin was essential for Ca2+ signalling and cell alignment in response to unidirectional but not bidirectional shear stress. β1 integrin activation by unidirectional force was amplified in EC that were pre-sheared in the same direction, indicating that alignment and β1 integrin activity has a feedforward interaction which is a hallmark of system stability. En face staining and EC-specific genetic deletion studies of the murine aorta revealed that β1 integrin is activated and is essential for EC alignment at sites of unidirectional flow but is not activated at sites of bidirectional flow. In summary, β1 integrin sensing of unidirectional force is a key mechanism for decoding blood flow mechanics to promote vascular homeostasis.