Research Article15 January 1996free access A novel vascular endothelial growth factor, VEGF-C, is a ligand for the Flt4 (VEGFR-3) and KDR (VEGFR-2) receptor tyrosine kinases. V. Joukov V. Joukov Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. Search for more papers by this author K. Pajusola K. Pajusola Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. Search for more papers by this author A. Kaipainen A. Kaipainen Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. Search for more papers by this author D. Chilov D. Chilov Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. Search for more papers by this author I. Lahtinen I. Lahtinen Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. Search for more papers by this author E. Kukk E. Kukk Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. Search for more papers by this author O. Saksela O. Saksela Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. Search for more papers by this author N. Kalkkinen N. Kalkkinen Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. Search for more papers by this author K. Alitalo K. Alitalo Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. Search for more papers by this author V. Joukov V. Joukov Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. Search for more papers by this author K. Pajusola K. Pajusola Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. Search for more papers by this author A. Kaipainen A. Kaipainen Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. Search for more papers by this author D. Chilov D. Chilov Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. Search for more papers by this author I. Lahtinen I. Lahtinen Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. Search for more papers by this author E. Kukk E. Kukk Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. Search for more papers by this author O. Saksela O. Saksela Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. Search for more papers by this author N. Kalkkinen N. Kalkkinen Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. Search for more papers by this author K. Alitalo K. Alitalo Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. Search for more papers by this author Author Information V. Joukov1, K. Pajusola1, A. Kaipainen1, D. Chilov1, I. Lahtinen1, E. Kukk1, O. Saksela1, N. Kalkkinen1 and K. Alitalo1 1Department of Virology, Haartman Institute, University of Helinski, Finland. The EMBO Journal (1996)15:290-298https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1996.tb00359.x Correction(s) for this article A novel vascular endothelial growth factor, VEGF-C, is a ligand for the Flt4 (VEGFR-3) and KDR (VEGFR-2) receptor tyrosine kinases.01 April 1996 PDFDownload PDF of article text and main figures. ToolsAdd to favoritesDownload CitationsTrack CitationsPermissions ShareFacebookTwitterLinked InMendeleyWechatReddit Figures & Info Angiogenesis, the sprouting of new blood vessels from pre-existing ones, and the permeability of blood vessels are regulated by vascular endothelial growth factor (VEGF) via its two known receptors Flt1 (VEGFR-1) and KDR/Flk-1 (VEGFR-2). The Flt4 receptor tyrosine kinase is related to the VEGF receptors, but does not bind VEGF and its expression becomes restricted mainly to lymphatic endothelia during development. In this study, we have purified the Flt4 ligand, VEGF-C, and cloned its cDNA from human prostatic carcinoma cells. While VEGF-C is homologous to other members of the VEGF/platelet derived growth factor (PDGF) family, its C-terminal half contains extra cysteine-rich motifs characteristic of a protein component of silk produced by the larval salivary glands of the midge, Chironomus tentans. VEGF-C is proteolytically processed, binds Flt4, which we rename as VEGFR-3 and induces tyrosine autophosphorylation of VEGFR-3 and VEGFR-2. In addition, VEGF-C stimulated the migration of bovine capillary endothelial cells in collagen gel. VEGF-C is thus a novel regulator of endothelia, and its effects may extend beyond the lymphatic system, where Flt4 is expressed. Previous ArticleNext Article Volume 15Issue 21 January 1996In this issue RelatedDetailsLoading ...

Cultured bovine capillary endothelial (BCE) cells were found to synthesize and secrete high molecular mass heparan sulfate proteoglycans and glycosaminoglycans, which bound basic fibroblast growth factor (bFGF). The secreted heparan sulfate molecules were purified by DEAE cellulose chromatography, followed by Sepharose 4B chromatography and affinity chromatography on immobilized bFGF. Most of the heparinase-sensitive sulfated molecules secreted into the medium by BCE cells bound to immobilized bFGF at low salt concentrations. However, elution from bFGF with increasing salt concentrations demonstrated varying affinities for bFGF among the secreted heparan sulfate molecules, with part of the heparan sulfate requiring NaCl concentrations between 1.0 and 1.5 M for elution. Cell extracts prepared from BCE cells also contained a bFGF-binding heparan sulfate proteoglycan, which could be released from the intact cells by a short proteinase treatment. The purified bFGF-binding heparan sulfate competed with 125I-bFGF for binding to low-affinity binding sites but not to high-affinity sites on the cells. Heparan sulfate did not interfere with bFGF stimulation of plasminogen activator activity in BCE cells in agreement with its lack of effect on binding of 125I-bFGF to high-affinity sites. Soluble bFGF was readily degraded by plasmin, whereas bFGF bound to heparan sulfate was protected from proteolytic degradation. Treatment of the heparan sulfate with heparinase before addition of plasmin abolished the protection and resulted in degradation of bFGF by the added proteinase. The results suggest that heparan sulfate released either directly by cells or through proteolytic degradation of their extracellular milieu may act as carrier for bFGF and facilitate the diffusion of locally produced growth factor by competing with its binding to surrounding matrix structures. Simultaneously, the secreted heparan sulfate glycosaminoglycans protect the growth factor from proteolytic degradation by extracellular proteinases, which are abundant at sites of neovascularization or cell invasion.

We have isolated and characterized a novel growth factor for endothelial cells, vascular endothelial growth factor B (VEGF-B), with structural similarities to vascular endothelial growth factor (VEGF) and placenta growth factor. VEGF-B was particularly abundant in heart and skeletal muscle and was coexpressed with VEGF in these and other tissues. VEGF-B formed cell-surface-associated disulfide-linked homodimers and heterodimerized with VEGF when coexpressed. Conditioned medium from transfected 293EBNA cells expressing VEGF-B stimulated DNA synthesis in endothelial cells. Our results suggest that VEGF-B has a role in angiogenesis and endothelial cell growth, particularly in muscle.

The recently identified vascular endothelial growth factor C (VEGF-C) belongs to the platelet-derived growth factor (PDGF)/VEGF family of growth factors and is a ligand for the endothelial-specific receptor tyrosine kinases VEGFR-3 and VEGFR-2. The VEGF homology domain spans only about one-third of the cysteine-rich VEGF-C precursor. Here we have analysed the role of post-translational processing in VEGF-C secretion and function, as well as the structure of the mature VEGF-C. The stepwise proteolytic processing of VEGF-C generated several VEGF-C forms with increased activity towards VEGFR-3, but only the fully processed VEGF-C could activate VEGFR-2. Recombinant 'mature' VEGF-C made in yeast bound VEGFR-3 (K[D] = 135 pM) and VEGFR-2 (K[D] = 410 pM) and activated these receptors. Like VEGF, mature VEGF-C increased vascular permeability, as well as the migration and proliferation of endothelial cells. Unlike other members of the PDGF/VEGF family, mature VEGF-C formed mostly non-covalent homodimers. These data implicate proteolytic processing as a regulator of VEGF-C activity, and reveal novel structure-function relationships in the PDGF/VEGF family.

Transforming growth factor beta (TGF-beta) is a multifunctional polypeptide that regulates the proliferation and differentiation of various cells and has an angiogenic effect in vivo, although it inhibits the growth of cultured endothelial cells. We report here that TGF-beta treatment of quiescent cultures of mouse embryo-derived AKR-2B cells, which are growth-stimulated by TGF-beta, and human lung adenocarcinoma A549 cells, which are growth-inhibited by TGF-beta, results in the induction of vascular endothelial growth factor (VEGF) mRNA and protein. Maximal VEGF mRNA levels occurred 4-8 h after stimulation with a decline to background levels in 24 h. In contrast, the related placenta growth factor mRNA was not induced by TGF-beta in these cells. No VEGF receptor mRNA was seen in AKR-2B cells. Also, TGF-beta treatment of endothelial cells, which express the FLT1 and KDR/FLK-1 receptors for VEGF, did not cause VEGF induction. Because VEGF is known to be a strong angiogenic factor for endothelial cells, the results suggest that the angiogenic effect of TGF-beta on endothelial cells in blood vessels may be mediated at least partly by a paracrine induction of VEGF in other surrounding cell types.

Cultured bovine capillary endothelial (BCE) cells synthesize heparan sulfate proteoglycans (HSPG), which are both secreted into the culture medium and deposited in the cell layer. The nonsoluble HSPGs can be isolated as two predominant species: a larger 800-kD HSPG, which is recovered from preparations of extracellular matrix, and a 250-kD HSPG, which is solubilized by nonionic detergent extraction of the cells. Both HSPG species bind bFGF. 125I-bFGF bound to BCE cell cultures is readily released by either heparinase or plasmin. When released by plasmin, the growth factor is recovered from the incubation medium as a complex with the partly degraded high molecular mass HSPG. Endogenous bFGF activity is released by a proteolytic treatment of cultured BCE cells. The bFGF-binding HSPGs are also released when cultures are incubated with the inactive proenzyme plasminogen. Under such experimental conditions, the release of the extracellular proteoglycans can be enhanced by treating the cells either with bFGF, which increases the plasminogen activating activity expressed by the cells, or decreased by treating the cells with transforming growth factor beta, which decreases the plasminogen activating activity of the cells. Specific immune antibodies raised against bovine urokinase also block the release of HSPG from BCE cell cultures. We propose that this plasminogen activator-mediated proteolysis provides a mechanism for the release of biologically active bFGF-HSPG complexes from the extracellular matrix and that bFGF release can be regulated by the balance between factors affecting the pericellular proteolytic activity.

Cultured human embryonic lung fibroblasts were used as a model to study the effects of transforming growth factor-beta (TGF beta) on the plasminogen activator (PA) activity released by nontumorigenic cells into the culture medium. The cells were exposed to TGF beta under serum-free conditions, and the changes in PA activity and protein metabolism were analyzed by caseinolysis-in-agar assays, zymography, and polypeptide analysis. Treatment of the cells with TGF beta caused a significant decrease in the PA activity of the culture medium as analyzed by the caseinolysis-in-agar assays. The quantitatively most prominent effect of TGF beta on confluent cultures of cells was the induction of an Mr 47,000 protein, as detected by metabolic labeling. The Mr 47,000 protein was a PA inhibitor as judged by reverse zymography. It was antigenically related to a PA inhibitor secreted by HT-1080 tumor cells as demonstrated with monoclonal antibodies. The induced Mr 47,000 inhibitor was deposited into the growth substratum of the cells, as detected by metabolic labeling, immunoblotting analysis, and reverse zymography assays of extracellular matrix preparations. TGF beta also decreased the amounts of urokinase-type and tissue-type PAs accumulated in the conditioned medium, as detected by zymography. Epidermal growth factor antagonized the inhibitory effects of TGF beta by enhancing the amounts of the PAs. These results indicate that growth factors modulate the proteolytic balance of cultured cells by altering the amounts of PAs and their inhibitors.

Basic fibroblast growth factor (bFGF), a potent inducer of angiogenesis in vivo, stimulates the production of both urokinase- and tissue-type plasminogen activators (PAs) in cultured bovine capillary endothelial cells. The observed increase in proteolytic activity induced by bFGF was effectively diminished by picogram amounts of transforming growth factor beta (TGF beta), but could not be abolished by increasing the amount of TGF beta. However, the inhibition by TGF beta was greatly enhanced if the cells were pretreated with TGF beta before addition of bFGF. After prolonged incubation of cultures treated simultaneously with bFGF and TGF beta, the inhibitory effect of TGF beta diminished and the stimulatory effect of the added bFGF dominated as assayed by PA levels. TGF beta did not alter the receptor binding of labeled bFGF, nor did a 6-h pretreatment with TGF beta reduce the amount of bFGF bound. The major difference between the effects of bFGF and TGF beta was that while bFGF effectively enhanced PA activity expressed by the cells, TGF beta decreased the amounts of both cell-associated and secreted PA activity by decreasing enzyme production. Both bFGF and TGF beta increased the secretion of the endothelial-type plasminogen activator inhibitor.