VEGF-C and angiopoietins in lymphangiogenesis

Angiogenesis and lymphangiogenesis occur during development as the result of tightly coordinated signalling programs to generate two hierarchically organised vascular systems. All tissues and organs are dependent on a functional blood vasculature for oxygen and nutrients, whereas the lymphatic vasculature functions to collect excess tissue fluid, passing it through lymph nodes for immune surveillance, and returning it to the blood circulation. Effectors that control developmental angiogenesis and lymphangiogenesis are also involved in pathological settings, and therefore potential targets for therapy. Vascular endothelial growth factor (VEGF) and angiopoietin (Ang) growth factors, signalling through endothelial VEGFR and Tie receptors, have been established as key regulators of angiogenic and lymphangiogenic processes in development and disease. In this study, we aimed to obtain a clearer understanding of the vascular effects of stimulation by VEGF-C, Ang1 and Ang2, all known to be involved in lymphangiogenesis. In cell culture models, we found that both intrinsic and microenvironmental regulatory mechanisms are involved in the regulation of endothelial cell phenotypes, and distinct responses to VEGF signalling are induced by specific receptor pathways in different endothelial cell types. Surprisingly, we also found that Ang1 induces sprouting lymphangiogenesis in vivo by a VEGFR-3 dependent mechanism, establishing Ang1 as a novel lymphangiogenic factor. Using inducible transgenic mouse models, we found that VEGF-C-induced lymphatic hyperplasia persisted independently of the growth factor, indicating that short pro-lymphangiogenic therapy could lead to lasting improvements in tissue oedema. While VEGF-C had blood vessel effects in embryos, no angiogenic side effects were observed in adult tissues. Furthermore, inducible transgenic expression of Ang2 during embryonic development confirmed Ang2 as an important regulator of lymphatic remodelling and mural cell contacts. The unexpected similarity of the lymphatic maturation defects caused by excess Ang2 to those observed in Ang2 deficient mice demonstrated that correct doses of Ang2 are crucial for the control of lymphatic development. Unlike Ang1, Ang2 did not induce lymphatic sprouting. Although Ang1 has been shown to be able to substitute for Ang2 during developmental lymphangiogenesis, their lymphatic effects are not identical. These findings further our understanding of the basic mechanisms of angiogenesis and lymphangiogenesis, important for the future development of targeted therapies for vascular diseases such as cancer, inflammation, lymphoedema and ischemia. VEGF-C and Ang1 especially emerged as promising candidates for pro-lymphangiogenic therapy.

Pro-inflammatory and angiogenic activities of VEGF and angiopoietins in murine sponge/Matrigel model

La dérégulation de la formation et l'intégrité des vaisseaux sanguins peut conduire à un état pathologique tel qu’observé dans de nombreuses maladies ischémiques telles que: la croissance de tumeur solide, l’arthrite rhumatoïde, le psoriasis, les rétinopathies et l'athérosclérose. Par conséquent, la possibilité de moduler l'angiogenèse régionale chez les patients souffrant d'ischémie est cliniquement pertinente. Un élément clé dans l'induction de l'angiogenèse pathologique est une inflammation qui précède et accompagne la formation des nouveaux vaisseaux. Ce phénomène est démontré par l'augmentation de la perméabilité vasculaire et le recrutement de monocytes/ macrophages et cellules polynucléaires (neutrophiles). En collaboration avec d'autres groupes, nous avons montré que différents facteurs de croissance tels que le facteur de croissance endothélial vasculaire et les angiopoïétines peuvent non seulement promouvoir l'angiogenèse mais aussi induire diverses étapes connexes au processus de la réaction inflammatoire, y compris la synthèse et la libération des médiateurs inflammatoires et la migration des neutrophiles. Les objectifs de notre étude étaient d'adresser si le vascular endothelial growth factor (VEGF) et les angiopoïétines (Ang1 et Ang2) sont capables de promouvoir la formation des nouveaux vaisseaux sanguins au fil du temps et d'identifier la présence de différentes cellules inflammatoires dans ce processus. Des éponges d'alcool polyvinylique stérilisées et imbibées de Matrigel appauvri en facteur de croissance (contenant PBS, VEGF, Ang1 ou Ang2 (200 ng/200 μl)) ont été insérées sous la peau de souris C57/Bl6 anesthésiées. Les éponges ont ensuite été retirées aux jours 4, 7, 14 ou 21 après la procédure pour des analyses histologiques, immunohistologiques et cytométriques. La formation des nouveaux vaisseaux a été validée par la coloration au Trichrome de Masson et des analyses histologiques et immunohistologiques contre les cellules endothéliales (anti-CD31). De plus, la maturation des vaisseaux a été démontrée par la coloration séquentielle contre les cellules endothéliales (anti-CD31) et musculaires lisses (anti-alpha-actine). Nous avons effectué la même procédure pour caractériser le recrutement de neutrophiles (anti-MPO), et de macrophages (anti-F4/80). Afin de mieux délimiter la présence de différents sous-ensembles de leucocytes recrutés dans les éponges, nous avons utilisé une technique de cytométrie en flux sur des préparations de cellules isolées à partir de ces éponges. Nous avons observé que le VEGF et les angiopoïétines favorisent le recrutement de cellules endothéliales et la formation de nouveaux vaisseaux plus rapidement qu’en présence de PBS. Une fois formé au jour 7, ces nouveaux vaisseaux restent stables en nombre, et ne subissent pas une réorganisation importante de leur surface. Ces vaisseaux maturent grâce au recrutement et au recouvrement par les cellules musculaires lisses des néovaisseaux. En outre, le microenvironnement angiogénique est composé de cellules inflammatoires, principalement de neutrophiles, macrophages et quelques cellules de type B et T. Donc, le VEGF, l’Ang1 et l’Ang2 induisent séparément la formation et la stabilisation de nouveaux vaisseaux sanguins, ainsi que le recrutement de cellules inflammatoires avec des puissances différentes et une action temps-dépendante dans un modèle d’éponge/Matrigel.

Angiopoietins assemble distinct Tie2 signalling complexes in endothelial cell-cell and cell-matrix contacts

The receptor tyrosine kinase Tie2, and its activating ligand Angiopoietin-1 (Ang1), are required for vascular remodelling and vessel integrity, whereas Ang2 may counteract these functions. However, it is not known how Tie2 transduces these different signals. Here, we show that Ang1 induces unique Tie2 complexes in mobile and confluent endothelial cells. Matrix-bound Ang1 induced cell adhesion, motility and Tie2 activation in cell-matrix contacts that became translocated to the trailing edge in migrating endothelial cells. In contrast, in contacting cells Ang1 induced Tie2 translocation to cell-cell contacts and the formation of homotypic Tie2-Tie2 trans-associated complexes that included the vascular endothelial phosphotyrosine phosphatase, leading to inhibition of paracellular permeability. Distinct signalling proteins were preferentially activated by Tie2 in the cell-matrix and cell-cell contacts, where Ang2 inhibited Ang1-induced Tie2 activation. This novel type of cellular microenvironment-dependent receptor tyrosine kinase activation may explain some of the effects of angiopoietins in angiogenesis and vessel stabilization.

Angiopoietins 3 and 4: Diverging gene counterparts in mice and humans

The angiopoietins have recently joined the members of the vascular endothelial growth factor family as the only known growth factors largely specific for vascular endothelium. The angiopoietins include a naturally occurring agonist, angiopoietin-1, as well as a naturally occurring antagonist, angiopoietin-2, both of which act by means of the Tie2 receptor. We now report our attempts to use homology-based cloning approaches to identify new members of the angiopoietin family. These efforts have led to the identification of two new angiopoietins, angiopoietin-3 in mouse and angiopoietin-4 in human; we have also identified several more distantly related sequences that do not seem to be true angiopoietins, in that they do not bind to the Tie receptors. Although angiopoietin-3 and angiopoietin-4 are strikingly more structurally diverged from each other than are the mouse and human versions of angiopoietin-1 and angiopoietin-2, they appear to represent the mouse and human counterparts of the same gene locus, as revealed in our chromosomal localization studies of all of the angiopoietins in mouse and human. The structural divergence of angiopoietin-3 and angiopoietin-4 appears to underlie diverging functions of these counterparts. Angiopoietin-3 and angiopoietin-4 have very different distributions in their respective species, and angiopoietin-3 appears to act as an antagonist, whereas angiopoietin-4 appears to function as an agonist.

Multiple roles of angiopoietins in atherogenesis

Purpose of review: The roles of angiopoietin-1 (Ang-1) and angiopoietin-2 (Ang-2) during vascular development have been extensively investigated, as has been their role in controlling the responsiveness of the endothelium to exogenous cytokines. However, very little is known about the role of these vascular morphogenic molecules in the pathogenesis of atherosclerosis. Here, we summarize the recent research into angiopoietins in atherosclerosis. Recent findings: Angiopoietin-2 is a context-dependent agonist that protects against the development of arteriosclerosis in rat cardiac allograft. A recent study showed, contrary to expectations, that a single systemic administration of adenoviral Ang-2 to apoE-/- mice, fed a Western diet, reduced atherosclerotic lesion size and LDL oxidation in a nitric oxide synthase dependent manner. In contrast, overexpression of Ang-1 fails to protect from rat cardiac allograft due to smooth muscle cell activation. The potential proatherogenic effect of Ang-1 is further supported by the induction of chemotaxis of monocytes by Ang-1 in a manner that is independent of Tie-2 and integrin binding. These studies highlight the need for extensive research to better understand the role of angiopoietins in the cardiovascular setting. Summary: Ang-2 inhibits atherosclerosis by limiting LDL oxidation via stimulation of nitric oxide production. In contrast, Ang-1 can promote monocyte and neutrophil migration. The angiopoietin–Tie-2 system provides an important new target for modulating vascular function.

Regulation of the proinflammatory properties of angiopoietins

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Regulation of the proinflammatory properties of angiopoietins

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mechanical stimulation of the pro-angiogenic capacity of human fracture haematoma: Involvement of VEGF mechano-regulation

Compromised angiogenesis appears to be a major limitation in various suboptimal bone healing situations. Appropriate mechanical stimuli support blood vessel formation in vivo and improve healing outcomes. However, the mechanisms responsible for this association are unclear. To address this question, the paracrine angiogenic potential of early human fracture haematoma and its responsiveness to mechanical loading, as well as angiogenic growth factors involved, were investigated in vitro. Human haematomas were collected from healthy patients undergoing surgery within 72. h after bone fracture. The haematomas were embedded in a fibrin matrix, and cultured in a bioreactor resembling the in vivo conditions of the early phase of bone healing (20 compression, 1. Hz) over 3. days. Conditioned medium (CM) from the bioreactor was then analyzed. The matrices were also incubated in fresh medium for a further 24. h to evaluate the persistence of the effects. Growth factor (GF) concentrations were measured in the CM by ELISAs. In vitro tube formation assays were conducted on Matrigel with the HMEC-1 cell line, with or without inhibition of vascular endothelial growth factor receptor 2 (VEGFR2). Cell numbers were quantified using an MTS test. In vitro endothelial tube formation was enhanced by CM from haematomas, compared to fibrin controls. The angiogenesis regulators, vascular endothelial growth factor (VEGF) and transforming growth factor β1 (TGF-β1), were released into the haematoma CM, but not angiopoietins 1 or 2 (Ang1, 2), basic fibroblast growth factor (bFGF) or platelet-derived growth factor (PDGF). Mechanical stimulation of haematomas, but not fibrin controls, further increased the induction of tube formation by their CM. The mechanically stimulated haematoma matrices retained their elevated pro-angiogenic capacity for 24. h. The pro-angiogenic effect was cancelled by inhibition of VEGFR2 signalling. VEGF concentrations in CM tended to be elevated by mechanical stimulation; this was significant in haematomas from younger, but not from older patients. Other GFs were not mechanically regulated. In conclusion, the paracrine pro-angiogenic capacity of early human haematomas is enhanced by mechanical stimulation. This effect lasts even after removing the mechanical stimulus and appears to be VEGFR2-dependent.

酪氨酸激酶受体Tie-2对血管新生的影响及其在急性心肌梗死患者的检测

<正>目的:血管生成素(angiopoietins)家族,在血管新生过程中扮演重要角色。这一家族的所有成员通过作用于内皮细胞表面的酪氨酸激酶受体Tie-1或Tie-2发挥作用,对形成正常、稳定、成熟的脉管系统非常重要。Ang/Tie系统在肿瘤和胚胎血管新生过程中的作用已得到广泛研究,但在有着相似的血管新生病理过程的动脉粥样硬化病变中的作用研究甚少。本研究的目的:(1)对

Vasculogenic and osteogenesis-enhancing potential of human umbilical cord blood endothelial colony-forming cells

Umbilical cord blood-derived endothelial colony-forming cells (UCB-ECFC) show utility in neovascularization, but their contribution to osteogenesis has not been defined. Cocultures of UCB-ECFC with human fetal-mesenchymal stem cells (hfMSC) resulted in earlier induction of alkaline phosphatase (ALP) (Day 7 vs. 10) and increased mineralization (1.9×; p <.001) compared to hfMSC monocultures. This effect was mediated through soluble factors in ECFC-conditioned media, leading to 1.8-2.2× higher ALP levels and a 1.4-1.5× increase in calcium deposition (p <.01) in a dose-dependent manner. Transcriptomic and protein array studies demonstrated high basal levels of osteogenic (BMPs and TGF-ßs) and angiogenic (VEGF and angiopoietins) regulators. Comparison of defined UCB and adult peripheral blood ECFC showed higher osteogenic and angiogenic gene expression in UCB-ECFC. Subcutaneous implantation of UCB-ECFC with hfMSC in immunodeficient mice resulted in the formation of chimeric human vessels, with a 2.2-fold increase in host neovascularization compared to hfMSC-only implants (p = .001). We conclude that this study shows that UCB-ECFC have potential in therapeutic angiogenesis and osteogenic applications in conjunction with MSC. We speculate that UCB-ECFC play an important role in skeletal and vascular development during perinatal development but less so in later life when expression of key osteogenesis and angiogenesis genes in ECFC is lower.

Effet des angiopoïétines sur la survie des neutrophiles

Nous avons identifié l’expression du récepteur des angiopoïétines, le récepteur Tie2, à la surface des neutrophiles humains. De plus, nous avons démontré qu’Ang1 et Ang2 induisent des activités pro-inflammatoires sur les neutrophiles, comme l’adhésion aux cellules endothéliales (CEs) et la synthèse du facteur d’activation plaquettaire (PAF). Puisque le PAF augmente la viabilité des neutrophiles et que les angiopoïétines modulent la survie des CEs, nous avons voulu évaluer l’effet des angiopoïétines sur la survie des neutrophiles. Des neutrophiles humains ont été isolés à partir du sang de donneurs sains en accord avec le comité d’éthique de l’Institut de cardiologie de Montréal. La viabilité des neutrophiles a été mesurée par cytométrie en flux à l’aide de marqueurs d’apoptose et de nécrose. Un traitement avec des témoins positifs, soit l’interleukine 8 (IL-8; 25 nM) ou le PAF (100 nM), a augmenté la survie basale des neutrophiles de 34 et 27%, respectivement. De plus, un traitement avec Ang1 (1 pM – 10 nM) a augmenté la survie des neutrophiles jusqu’à 35%, alors qu’Ang2 n’a eu aucun effet. La combinaison de l’IL-8 ou du PAF avec Ang1 (10 nM) a eu un effet additif sur la viabilité des neutrophiles et a augmenté la survie de 56 et 60%, respectivement. Un prétraitement avec des anticorps bloquants contre l’IL-8 a permis d’inhiber l’activité anti-apoptotique de l’IL-8 et d’Ang1 de 92 et 80%, respectivement. Ainsi, notre étude est la première à démontrer la capacité d’Ang1 à prolonger la viabilité des neutrophiles, qui est principalement causée par la relâche d’IL-8.

Activités inflammatoires des angiopoïétines sur les neutrophiles

L’angiogenèse, caractérisée par la formation de nouveaux vaisseaux sanguins à partir de vaisseaux préexistants, est un processus accompagné par l’inflammation, impliquant la synthèse et la relâche de différents facteurs de croissance par les cellules inflammatoires. Parmi ces facteurs, seuls le vascular endothelial growth factor (VEGF) et les angiopoïétines (Ang1 et Ang2) peuvent participer à la régulation de l’inflammation et de l’angiogenèse. La famille des angiopoïétines comporte quatre membres, desquels l’Ang1 et l’Ang2 ont été les plus étudiés. Ces deux médiateurs inflammatoires sont capables d’activer le récepteur Tie2, dont l’expression a initialement été rapportée sur les cellules endothéliales (CE). Notre laboratoire a été le premier à démontrer l’expression de Tie2 à la surface des neutrophiles, ainsi que sa capacité, suite à son activation par l’Ang1 ou l’Ang2, à induire la synthèse du facteur d’activation plaquettaire (PAF), l’activation de la β2-intégrine, la migration des neutrophiles ainsi que leur adhésion aux CE. D’autres études ont montré que les CE emmagasinent et relâchent le VEGF et l’Ang2, tandis que les péricytes et les cellules musculaires lisses contiennent l’Ang1. Puisque les neutrophiles relâchent le VEGF et que les deux angiopoïétines ont la capacité d’activer Tie2 sur ces derniers, nous avons voulu déterminer si les neutrophiles contiennent l’Ang1 et/ou l’Ang2 et si elles peuvent être relâchées suite à une stimulation avec des agonistes proinflammatoires. Nous avons découvert que l’Ang1, mais pas l’Ang2 est présente dans les neutrophiles, et qu’elle est relâchée suite à une stimulation au phorbol myristate acetate (PMA). De plus, nous avons démontré que l’Ang1 est localisée au niveau du cytosol et que sa relâche est calcium-indépendante, contrairement au VEGF, qui est localisé dans les granules β et sa relâche est calcium-dépendante. Cette étude démontre pour la première fois l’expression et la localisation de l’Ang1 dans les neutrophiles. Une récente étude effectuée dans notre laboratoire a démontré que les angiopoïétines induisent la migration des neutrophiles en activant le récepteur Tie2 et la voie de la PI3K. De plus, les angiopoïétines ont potentialisé la migration induite par l’IL-8. Ainsi, nous avons émis l’hypothèse que l’Ang1 et/ou l’Ang2 seraient capables d’induire la relâche et/ou la synthèse de l’IL-8 par les neutrophiles. Nous avons démontré pour la première fois, la capacité de l’Ang1 à induire l’expression de l’ARNm, ainsi que la synthèse et la relâche d’IL-8 par les neutrophiles. Cependant, un traitement avec l’Ang2 seule ou en combinaison avec l’Ang1 n’a eu aucun effet sur les activités mentionnées ci-dessus. Nous avons aussi observé que la synthèse et la relâche d’IL-8 induite par l’Ang1 requièrent la transcription de l’ADN en ARNm, suivie par la stabilisation de ce dernier, qui ultimement induit la traduction de l’ARNm de l’IL-8 en sa protéine. Finalement, nous avons démontré que la stimulation des neutrophiles avec l’Ang1 induit ces activités en activant la voie de la p42/44 MAPK, tout en étant indépendantes de la p38 MAPK et la PI3K/Akt. Ces résultats sont en lien direct avec une récente étude dans laquelle nous avons observé que l’Ang1, mais pas l’Ang2 est capable d’augmenter la survie des neutrophiles via la relâche d’IL-8.

The inflammatory role of angiogenic growth factors : a neutrophil perspective

De par sa présence dans tous les vaisseaux sanguins, l'endothélium joue un rôle clef dans le processus d’hémostase, tant par sa libération de facteurs anticoagulants que par ses changements protéiques qui permettent à l’organisme de déclencher la réparation tissulaire. La fonction anticoagulante de l’endothélium peut être mise en défaut en cas d’atteinte de son intégrité, entrainant la formation de thrombus, le rejet précoce de greffes ou encore l’induction de l’athérosclérose. L’intégrité de l’endothélium est donc capitale pour la prévention de nombreuses maladies cardiovasculaires. Chez l’adulte, les cellules endothéliales (CE), normalement quiescentes, sont rapidement activées en cas d’hypoxie ou d’inflammation, leur permettant ainsi d’amorcer le processus angiogénique comme suit: Tout d’abord, l’induction de l’hyperperméabilité vasculaire permet l’extravasation des protéines plasmatiques. Ensuite, la dégradation de la lame basale par des métalloprotéases permet aux CE de se détacher, de proliférer, de migrer et de s’organiser pour former l’ébauche du futur vaisseau. La dernière étape consiste en la maturation du vaisseau, c’est-à-dire son recouvrement par des cellules murales, telles que les cellules musculaires lisses et les péricytes. Ces processus sont régulés par de nombreux facteurs angiogéniques tels que les membres de la famille Notch, du vascular endothelial growth factor (VEGF), du fibroblast growth factor (FGF), des angiopoïétines, et des matrix metalloproteases (MMP). L’angiogenèse pathologique, soit une insuffisance ou un excès de vascularisation, est impliquée dans les blessures chroniques, les accidents cardiovasculaires, les pathologies coronariennes artérielles, les pathologies tumorales, l’arthrite rhumatoïde, la rétinopathie diabétique, l’athérosclérose, le psoriasis et l’asthme. Ces pathologies sont souvent issues d’une dérégulation de l’activité endothéliale, fréquemment observée conjointement à l’expression continue de molécules d’adhésion leucocytaires, à l’augmentation de la perméabilité vasculaire, et aux anomalies de la vasoréactivité. L’activation non-contrôlée de l’endothélium entraîne ainsi une inflammation chronique et la formation de structures vasculaires anarchiques. Les premiers leucocytes à répondre à l’appel inflammatoire sont les neutrophiles. Equippées d’une panoplie de produits antibactériens puissants mais aussi nocifs pour les tissus qui les entourent, ces cellules polylobées participent à chaque étape du processus inflammatoire, depuis l’induction de l’hyperperméabilité vasculaire jusqu’à la résolution. En effet, grâce à leurs récepteurs, les neutrophiles détectent et interprètent les signaux biochimiques présents dans la circulation et à la surface de l’endothélium, et libèrent aussi leurs propres médiateurs tels le VEGF, les MMP, et l’interleukine-8 (IL-8), dont les effets sont à la fois paracrines et autocrines. Existent-ils d’autres modulateurs typiques de la fonction endothéliale capables d’influencer le comportement des neutrophiles? En effet, notre laboratoire a démontré que chez l’humain, une stimulation directe aux angiopoïétines incitait les neutrophiles à adhérer aux CE, à migrer, à synthétiser et à relâcher l’IL-8, voire même à vivre plus longtemps. La présence du récepteur des angiopoïétines, Tie2, à la surface des neutrophiles laisse présager que la famille possèderait d’autres fonctions leucocytaires encore non-identifiées. Par ailleurs, dans un modèle classique de l’angiogenèse in vivo (matrigel), nous avons observé que sous l’effet du FGF1 et 2, les ébauches des nouveaux vaisseaux étaient parfois accompagnées d’une infiltration de cellules granulocytaires. Ainsi, en partant de ces observations, l’objectif de nos études (présentées ci-après) était d’approfondir nos connaissances sur la relation entre neutrophiles et facteurs angiogéniques, notamment les FGF et les angiopoïétines. Par tests in vitro, nous avons confirmé que les neutrophiles humains exprimaient plusieurs récepteurs du FGF (FGFR1-4) d’une façon hétérogène, et qu’ils migraient vers un gradient des ligands FGF1 et 2. Par ailleurs, nous nous sommes intéressés aux voies de signalisation inflammatoires activées par les ligands FGF1, FGF2, Ang1 et Ang2. Grâce à une stratégie génique ciblant 84 gènes inflammatoires, nous avons identifié plusieurs cibles d’intérêt touchées par Ang1, dont certains membres de la famille de l’IL-1, alors qu’aucun des gènes testés n’avait changé de façon significative sous l’effet des FGF ou d’Ang2. Suite à des cinétiques approfondies, nous avons démontré qu’Ang1 stimulait la transcription de l’ARN messager de l’IL-1β, et augmentait simultanément la quantité de protéine immature (pro-IL-1β; inactive) et clivée (IL-1β « mature »; active). En parallèle, Ang1 augmentait la sécrétion de l’antagoniste naturel de l’IL-1β, l’IL-1RA, sans pour autant stimuler la relâche de l’IL-1β. A l’instar des endotoxines bactériennes dont les effets liés à l’IL-1 dépendaient de la kinase p38, ceux d’Ang1 découlaient presque entièrement des voies de signalisation du p42/44.

Current protein-based anti-angiogenic therapeutics

 Angiogenesis is a complex multistep process of formation of new blood vessels. Interactions between several cellular factors including growth factors, cytokines and haematopoietic factors lead to activation of various cellular pathways, finally resulting in extracellular matrix (ECM) degradation, endothelial cell proliferation, survival and migration. Normally, angiogenesis is an essential requirement for vascular development in growing embryos as well as in adult tissues, where this process depends on the intricate balance between the activities of the pro- and anti-angiogenic factors. Abnormal angiogenesis results in aberrant vasculature leading to various pathological conditions. The most important factor implicated in angiogenic processes in vascular endothelial growth factor (VEGF) and its family of ligands and receptors. Several anti-angiogenic drugs have been developed and many more are currently in different phases of clinical trials, which target various angiogenesis-inducing agents, including VEGF, VEGF receptors, angiopoietins and ECM components such as integrins. Anti-angiogenic therapy can be divided into gene-based therapy and protein-based therapy. Gene-based therapies include use of antisense oligonucleotides, siRNA, aptamers, catalytic oligonucleotides including ribozymes and DNAzymes and transcription decoys. Protein-based therapeutics includes monoclonal antibodies, peptidomimetics, fusion proteins and decoy receptors. The later class of therapeutics has several advantages over gene-based and small molecule drugs, including specificity and complexity in functions, better tolerability, less interference with normal biological processes and lesser adverse effects due to decreased immune response by virtue of being mostly body's natural proteins. This review provides a comprehensive overview of angiogenesis and on the current protein-based anti-angiogenic therapeutics under research and in the clinic.

Role of outgrowth endothelial cells for applications in tissue engineering

Co-culture systems, consisting of outgrowth endothelial cells (OEC) and primary osteoblasts (pOB), represent a prom¬ising instrument to mimick the natural conditions in bone repair processes and provide a new concept to develop constructs for bone replacement. Furthermore, co-culture of OEC and pOB could provide new insights into the molecular and cellular mechanisms that control essential processes during bone repair. The present study described several advantages of the co-culture of pOB and OEC for bone tissue engineering applications, including beneficial effects on the angiogenic activation of OEC, as well as on the assembly of basement membrane matrix molecules and factors involved in vessel maturation and stabilization. The ongoing angiogenic process in the co-culture system proceeded during the course of co-cultivation and correlated with the upregulation of essential angiogenic factors, such as VEGF, angiopoietins, basement membrane molecules and mural cell-specific markers. Furthermore the co-culture system appeared to maintain osteogenic differentiation capacity.rnrnAdditional treatment of co-cultures with growth factors or morphogens might accelerate and improve bone formation and furthermore could be useful for potential clinical applications. In this context, the present study highlights the central role of the morphogen, sonic hedgehog, which has been shown to affect angiogenic activation as well as osteogenic differentiation in the co-culture model of OEC and pOB. Treatment of co-cultures with sonic hedgehog resulted in an increased formation of microvessel-like structures as early as after 24 hours. This proangiogenic effect was induced by the upregulation of the proangiogenic factors, VEGF, angiopoietin1 and angiopoietin 2. In contrast to treatment with a commonly used proangiogenic agent, VEGF, Shh stimulation induced an increased expression of factors associated with vessel maturation and stabilization, mediated through the upregulation of growth factors that are strongly involved in pericyte differentiation and recruitment, including PDGF-BB and TGFbeta. In addition, Shh treatment of co-cultures also resulted in an upregulation of osteogenic differentiation markers like alkaline phosphatase, osteocalcin, osteonectin and osteopontin, as well as an increased matrix calcification. This was a result of upregulation of the osteogenic differentiation regulating factors, BMP2 and RUNX2 which could be assessed in response to Shh treatment. rn