The origin of the mammalian lymphatic vasculature has been debated for more than 100 years. Whether lymphatic endothelial cells have a single or dual, venous or mesenchymal origin remains controversial. To resolve this debate, we performed Cre/loxP -based lineage-tracing studies using mouse strains expressing Cre recombinase under the control of the Tie2 , Runx1 , or Prox1 promoter elements. These studies, together with the analysis of Runx1 -mutant embryos lacking definitive hematopoiesis, conclusively determined that from venous-derived lymph sacs, lymphatic endothelial cells sprouted, proliferated, and migrated to give rise to the entire lymphatic vasculature, and that hematopoietic cells did not contribute to the developing lymph sacs. We conclude that the mammalian lymphatic system has a solely venous origin.

The activity of the homeobox gene Prox1 is necessary and sufficient for venous blood endothelial cells (BECs) to acquire a lymphatic endothelial cell (LEC) fate. We determined that the differentiated LEC phenotype is a plastic, reprogrammable condition that depends on constant Prox1 activity for its maintenance. We show that conditional down-regulation of Prox1 during embryonic, postnatal, or adult stages is sufficient to reprogram LECs into BECs. Consequently, the identity of the mutant lymphatic vessels is also partially reprogrammed as they acquire some features typical of the blood vasculature. siRNA-mediated down-regulation of Prox1 in LECs in culture demonstrates that reprogramming of LECs into BECs is a Prox1 -dependent, cell-autonomous process. We propose that Prox1 acts as a binary switch that suppresses BEC identity and promotes and maintains LEC identity; switching off Prox1 activity is sufficient to initiate a reprogramming cascade leading to the dedifferentiation of LECs into BECs. Therefore, LECs are one of the few differentiated cell types that require constant expression of a certain gene to maintain their phenotypic identity.

Summary Morphogens function in concentration-dependent manners to instruct cell fate during tissue patterning. Molecular mechanisms by which these signaling gradients are established and reinforced remain enigmatic. The cytoneme transport model posits that specialized filopodia extend between morphogen-sending and responding cells to ensure that appropriate signal activation thresholds are achieved across developing tissues. How morphogens are transported along and deployed from cytonemes is not known. Herein we show that the actin motor Myosin 10 promotes cytoneme-based transport of Sonic Hedgehog (SHH) morphogen to filopodial tips, and that SHH movement within cytonemes occurs by vesicular transport. We demonstrate that cytoneme-mediated deposition of SHH onto receiving cells induces a rapid signal response, and that SHH cytonemes are promoted by a complex containing a ligand-specific deployment protein and associated co-receptor. One-Sentence summary Cytoneme-based delivery of the Sonic Hedgehog activation signal is promoted by Myosin 10 and BOC/CDON co-receptor function.

ABSTRACT Sonic Hedgehog (SHH) signaling is an essential driver of embryonic patterning that, when corrupted, leads to developmental disorders and cancers. SHH effector responses are organized through nonmotile primary cilia that grow and retract with the cell cycle and in response to distinct extracellular cues. Destabilization of primary cilium length corrupts SHH pathway regulation, which places significant pressure on SHH to maintain ciliary architecture. Herein, we investigate whether SHH signaling promotes ciliary length control. We reveal a signal crosstalk circuit induced by SHH activation of Phospholipase A2 (cPLA 2 ) that drives ciliary EP 4 signaling to stabilize primary cilium length. We demonstrate that chemical or genetic blockade of SHH-EP 4 crosstalk leads to destabilized primary cilium cyclic AMP (cAMP) control, reduced ciliary length, and attenuated SHH pathway induction. Accordingly, we find that Ep -/- mice display shortened neuroepithelial primary cilia and altered SHH-dependent neuronal cell fate specification. Thus, SHH initiates a signaling crosstalk circuit that maintains primary cilium length for a robust downstream signaling response.