VEGFR-2 and VEGFR-3 Specific Signaling in Lymphangiogenesis and Angiogenesis

The circulatory system consists of the blood and lymphatic vessels. While blood vessels transport oxygen, cells, and nutrients to tissues, the lymphatic vessels collect fluid, cells, and plasma proteins from tissues to return back to the blood circulation. Angiogenesis, the growth of new blood vessels from pre-existing ones, is an important process involved in several physiological conditions such as inflammation, wound healing, and embryonic development. Furthermore, angiogenesis is found in many pathological conditions such as atherosclerosis and the growth and differentiation of solid tumors. Many tumor types spread via lymphatic vessels to form lymph node metastasis. The elucidation of the molecular players coordinating development of the vascular system has provided an array of tools for further insight of the circulatory system. The discovery of the Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) family members and their tyrosine kinase receptors (VEGFRs) has facilitated the understanding of the vasculature in different physiological and pathological situations. The VEGFRs are expressed on endothelial cells and mediate the growth and maintenance of both the blood and lymphatic vasculatures. This study was undertaken to address the role of VEGFR-2 specific signaling in maturation of blood vessels during neoangiogenesis and in lymphangiogenesis. We also wanted to differentiate between VEGFR-2 and VEGFR-3 specific signaling in lymphangiogenesis. We found that specific VEGFR-2 stimulation alone by gene therapeutic methods is not sufficient for production of mature blood vessels. However, VEGFR-2 stimulation in combination with expression of platelet-derived growth factor D (PDGF-D), a recently identified member of the PDGF growth factor family, was capable of stabilizing these newly formed vessels. Signaling through VEGFR-3 is crucial during developmental lymphangiogenesis, but we showed that the lymphatic vasculature becomes independent of VEGFR-3 signaling after the postnatal period. We also found that VEGFR-2 specific stimulation cannot rescue the loss of lymphatic vessels when VEGFR-3 signaling is blocked and that VEGFR-2 specific signals promote lymphatic vessel enlargement, but are not involved in vessel sprouting to generate new lymphatic vessels in vivo, in contrast to the VEGFR-2 dependent sprouting observed in blood vessels. In addition, we compared the inhibitory effects of a small molecular tyrosine kinase inhibitor of VEGFR-2 vs. VEGFR-3 specific signaling in vitro and in vivo. Our results showed that the tyrosine kinase inhibitor could equally affect physiological and pathological processes dependent on VEGFR-2 and VEGFR-3 driven angiogenesis or lymphangiogenesis. These results provide new insights into the VEGFR specific pathways required for pre- and postnatal angiogenesis as well as lymphangiogenesis, which could provide important targets and therapies for treatment of diseases characterized by abnormal angiogenesis or lymphangiogenesis.

Kehossamme on kaksi erilaista suonijärjestelmää. Verisuonet kuljettavat happea, soluja ja ravintoaineita kudoksiin. Imusuonten ensisijainen tehtävä on kuljettaa kudosnestettä, soluja sekä plasmaproteiineja takaisin verenkiertoon. Tämän lisäksi imusuonistolla on tärkeä rooli immuunijärjestelmässä sekä lipidien imeytymisessä suolistosta. Verisuonten kasvu on tärkeä tekijä monissa fysiologisissa tapahtumasarjoissa, kuten tulehduksissa, haavan paranemisessa sekä sikiönkehityksessä. Verisuonten kasvua tavataan myös monessa sairaustilassa, kuten syöpäkasvainten kasvussa. Jotta syöpäkasvain pystyisi kasvamaan halkasijaltaan paria millimetriä isommaksi, kasvavat syöpäsolut tarvitsevat ravintoaineita. Tämä tarve tyydytetään lisääntyneellä verisuonistolla. Monet syövät myös leviävät imusuonia pitkin ja muodostavat etäpesäkkeitä imusolmukkeisiin. Tyrosiinikinaasit ovat proteiineja, joilla on tärkeä rooli kasvu- ja erilaistumissignaalien siirrossa solukalvolta solun sisään. VEGF tyrosiinikinaasireseptoriperheen on todettu säätelevän endoteelisoluja, jotka ympäröivät veri- ja imusuonistoa. Koska veri- ja imusuonilla on keskeinen rooli monissa patologisissa prosesseissa, on kyky kontrolloida niiden kasvua hyvin tärkeää. Tässä tutkimuksessa olemme lähemmin tutkineet VEGF reseptorin (VEGFR-2) vaikutusta verisuonten ja imusuonten kasvussa. Olemme geeniterapiamenetelmällä tuottaneet VEGFR-2 spesifistä kasvutekijää ja näyttäneet että yhdistelemällä sitä toiseen sukulaisperheen kasvutekijään voimme tuottaa uusia, toimivia verisuonia. Tällainen verisuonten kasvu voisi käyttää hoitomuotona esimerkiksi sydän- ja verisuonitautien yhteydessä, jolloin uusien verisuonten kasvu on voisi olla tärkeä hoitomuoto. Huomasimme tutkimuksessamme myös että VEGFR-2 stimuloi imusuonten kasvua. Olemme tarkemmin tutkineet imusuonten kasvuun liittyviä perusmekanismeja. Näiden perusmekanismien tiedon lisääminen on hyvin tärkeätä kun suunnitellaan uusia hoitomenetelmiä imu- ja verisuonistoon liittyvien sairauksien hoidossa.