Hematopoietic stem cells (HSCs) are thought to arise in the aorta-gonad-mesonephros (AGM) region of embryo proper, although HSC activity can be detected in yolk sac (YS) and paraaortic splanchnopleura (P-Sp) when transplanted in newborn mice. We examined the role of Notch signaling in embryonic hematopoiesis. The activity of colony-forming cells in the YS from Notch1−/− embryos was comparable to that of wild-type embryos. However, in vitro and in vivo definitive hematopoietic activities from YS and P-Sp were severely impaired in Notch1−/− embryos. The population representing hemogenic endothelial cells, however, did not decrease. In contrast, Notch2−/− embryos showed no hematopoietic deficiency. These data indicate that Notch1, but not Notch2, is essential for generating hematopoietic stem cells from endothelial cells.

Vertebrates have greatly elaborated the basic chordate body plan and evolved highly distinctive genomes that have been sculpted by two whole-genome duplications. Here we sequence the genome of the Mediterranean amphioxus (Branchiostoma lanceolatum) and characterize DNA methylation, chromatin accessibility, histone modifications and transcriptomes across multiple developmental stages and adult tissues to investigate the evolution of the regulation of the chordate genome. Comparisons with vertebrates identify an intermediate stage in the evolution of differentially methylated enhancers, and a high conservation of gene expression and its cis-regulatory logic between amphioxus and vertebrates that occurs maximally at an earlier mid-embryonic phylotypic period. We analyse regulatory evolution after whole-genome duplications, and find that—in vertebrates—over 80% of broadly expressed gene families with multiple paralogues derived from whole-genome duplications have members that restricted their ancestral expression, and underwent specialization rather than subfunctionalization. Counter-intuitively, paralogues that restricted their expression increased the complexity of their regulatory landscapes. These data pave the way for a better understanding of the regulatory principles that underlie key vertebrate innovations. Genomic, epigenomic and transcriptomic data derived from the Mediterranean amphioxus (Branchiostoma lanceolatum) provide insights into the evolution of the genomic regulatory landscape of chordates.

Blood vessel formation by angiogenesis is critical for tissue development, homeostasis and repair, and is frequently dysregulated in disease[1-3]. Angiogenesis is triggered by vascular endothelial growth factor receptor-2/3 (VEGFR) signalling, which induces motile endothelial cell (ECs) tip identity[4,5]. Tip cells lead new branching vessels, but also coordinate collective EC movement by repressing tip identity in adjacent ECs via Delta-Like 4 (DLL4)-Notch-mediated down-regulation of VEGFR activity[6-13]. Hence, angiogenesis is driven by lateral inhibition-mediated competition of ECs for migratory status. Recent work reveals that temporal modulation of this DLL4-Notch-mediated lateral inhibition circuit fundamentally shapes both normal and pathological angiogenesis[14-17]. However, the core regulatory network defining the timing and dynamics of EC decision-making is unclear. Here, by integrating computational modeling with in-vivo experimentation, we uncover a unique ultrasensitive switch that temporally defines EC lateral inhibition and ultimately determines the timing, magnitude and robustness of angiogenic responses. We reveal that positive-feedback to Vegfr via the atypical tetraspanin, tm4sf18, amplifies Vegfr activity and expedites EC decision-making in-vivo. Moreover, this Tm4sf18-mediated positive-feedback confers robustness to angiogenesis against changeable environmental conditions by invoking bistable-like behavior. Consequently, mutation of tm4sf18 in zebrafish delays motile EC selection, generates hypoplastic vessels, sensitizes ECs to fluctuations in pro-angiogenic signal and disrupts angiogenesis. We propose that positive-feedback transforms the normally protracted process of lateral inhibition into a quick, adaptive and robust decision-making mechanism, suggestive of a general framework for temporal modulation of cell fate specification in development and disease.