LRF-mediated Dll4 repression in erythroblasts is necessary for hematopoietic stem cell maintenance.

Hematopoietic stem cells (HSCs) are the most primitive cells in the hematopoietic system and are under tight regulation for self-renewal and differentiation. Notch signals are essential for the emergence of definitive hematopoiesis in mouse embryos and are critical regulators of lymphoid lineage fate determination. However, it remains unclear how Notch regulates the balance between HSC self-renewal and differentiation in the adult bone marrow (BM). Here we report a novel mechanism that prevents HSCs from undergoing premature lymphoid differentiation in BM. Using a series of in vivo mouse models and functional HSC assays, we show that leukemia/lymphoma related factor (LRF) is necessary for HSC maintenance by functioning as an erythroid-specific repressor of Delta-like 4 (Dll4) expression. Lrf deletion in erythroblasts promoted up-regulation of Dll4 in erythroblasts, sensitizing HSCs to T-cell instructive signals in the BM. Our study reveals novel cross-talk between HSCs and erythroblasts, and sheds a new light on the regulatory mechanisms regulating the balance between HSC self-renewal and differentiation.

DLL4 promotes continuous adult intestinal lacteal regeneration and dietary fat transport.

The small intestine is a dynamic and complex organ that is characterized by constant epithelium turnover and crosstalk among various cell types and the microbiota. Lymphatic capillaries of the small intestine, called lacteals, play key roles in dietary fat absorption and the gut immune response; however, little is known about the molecular regulation of lacteal function. Here, we performed a high-resolution analysis of the small intestinal stroma and determined that lacteals reside in a permanent regenerative, proliferative state that is distinct from embryonic lymphangiogenesis or quiescent lymphatic vessels observed in other tissues. We further demonstrated that this continuous regeneration process is mediated by Notch signaling and that the expression of the Notch ligand delta-like 4 (DLL4) in lacteals requires activation of VEGFR3 and VEGFR2. Moreover, genetic inactivation of Dll4 in lymphatic endothelial cells led to lacteal regression and impaired dietary fat uptake. We propose that such a slow lymphatic regeneration mode is necessary to match a unique need of intestinal lymphatic vessels for both continuous maintenance, due to the constant exposure to dietary fat and mechanical strain, and efficient uptake of fat and immune cells. Our work reveals how lymphatic vessel responses are shaped by tissue specialization and uncover a role for continuous DLL4 signaling in the function of adult lymphatic vasculature.

Estudo do efeito anti-angiogénico de novos alvos terapêuticos no tratamento do carcinoma mamário

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina

Increased Wnt signaling triggers oncogenic conversion of human breast epithelial cells by a Notch-dependent mechanism.

Wnt and Notch signaling have long been established as strongly oncogenic in the mouse mammary gland. Aberrant expression of several Wnts and other components of this pathway in human breast carcinomas has been reported, but evidence for a causative role in the human disease has been missing. Here we report that increased Wnt signaling, as achieved by ectopic expression of Wnt-1, triggers the DNA damage response (DDR) and an ensuing cascade of events resulting in tumorigenic conversion of primary human mammary epithelial cells. Wnt-1-transformed cells have high telomerase activity and compromised p53 and Rb function, grow as spheres in suspension, and in mice form tumors that closely resemble medullary carcinomas of the breast. Notch signaling is up-regulated through a mechanism involving increased expression of the Notch ligands Dll1, Dll3, and Dll4 and is required for expression of the tumorigenic phenotype. Increased Notch signaling in primary human mammary epithelial cells is sufficient to reproduce some aspects of Wnt-induced transformation. The relevance of these findings for human breast cancer is supported by the fact that expression of Wnt-1 and Wnt-4 and of established Wnt target genes, such as Axin-2 and Lef-1, as well as the Notch ligands, such as Dll3 and Dll4, is up-regulated in human breast carcinomas.

Rôles de la protéine tyrosine phosphatase DEP-1 dans l'angiogenèse, la perméabilité vasculaire et la progression tumorale

L’angiogenèse et l’augmentation de la perméabilité vasculaire sont des éléments clés pour la croissance et la progression tumorale. Par conséquent, de nombreux efforts sont déployés à comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la formation et le remodelage des vaisseaux sanguins de manière à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. De cette optique, les travaux de cette thèse se sont concentrés sur la protéine tyrosine phosphatase DEP-1, initialement identifiée comme un régulateur négatif de la prolifération et de la phosphorylation du VEGFR2 lorsque fortement exprimée dans les cellules endothéliales. Toutefois, en utilisant une approche d’ARNi, il a été démontré que via sa capacité à déphosphoryler la tyrosine inhibitrice de Src (Y529), DEP-1 était également un régulateur positif de l’activation de Src dans les cellules endothéliales stimulées au VEGF. Puisque Src joue un rôle central dans la promotion de l’angiogenèse et la perméabilité vasculaire, nous avons en plus démontré que DEP-1 était un promoteur de ces fonctions in vitro et que la tyrosine phosphorylation de sa queue C-terminale, permettant l’interaction et l’activation de Src, était requise. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse démontrent dans un premier temps à partir d’une souris Dep1 KO, dont le développement ne présente aucun phénotype apparent, que la perte de l’expression de DEP-1 se traduit en une inhibition de l’activation de Src et de l’un de ses substrats, la VE-Cadherine, en réponse au VEGF chez la souris adulte. Nos résultats démontrent donc, pour la première fois, le rôle primordial de DEP-1 dans l’induction de la perméabilité vasculaire et de la formation de capillaires in vivo. Conséquemment, la croissance tumorale et la formation de métastases aux poumons sont réduites due à une inhibition de leur vascularisation ce qui se traduit par une diminution de la prolifération et une augmentation de l’apoptose des cellules cancéreuses. De façon intéressante, l’expression élevée de DEP-1 dans les vaisseaux sanguins tumoraux de patientes atteintes du cancer du sein corrèle avec une vascularisation accrue de la tumeur. En plus du rôle de DEP-1 dans la réponse angiogénqiue à l’âge adulte, nos travaux ont également démontré le rôle important de DEP-1 lors de la vascularisation de la rétine, un modèle in vivo d’angiogenèse développementale. Dans ce contexte, DEP-1 inhibe la prolifération des cellules endothéliales et limite leur bourgeonnement et la complexification du réseau vasculaire rétinien en permettant l’expression adéquate du Dll4, un régulateur crucial de l’organisation de la vascularisation développementale. Cette expression du Dll4 découlerait de la stabilisation de la β-caténine par l’inactivation de la GSK3β, un régulateur important de la dégradation de la β-caténine, en réponse au VEGF selon la voie de signalisation VEGFR2-Src-PI3K-Akt-GSK3β. Ainsi, ces travaux identifient DEP-1 comme un régulateur important de l’organisation vasculaire rétinienne. Les rôles positifs de DEP-1 dans les cellules endothéliales découlent principalement de sa capacité à lier et activer la kinase Src. En plus de contribuer à la réponse angiogénique, Src est également un oncogène bien caractérisé notamment pour sa contribution au programme invasif des cellules cancéreuses mammaires. Les travaux de cette thèse illustrent que DEP-1 est préférentiellement exprimée dans les cellules cancéreuses mammaires invasives et qu’il régule l’activation de Src, de voies de signalisation invasives et, par le fait même, de l’invasivité de ces cellules in vitro et in vivo. De façon intéressante, ces observations corrèlent avec des données cliniques où l’expression modérée de DEP-1 est associée à un mauvais pronostic de survie et de rechute. Ces résultats démontrent donc, pour la première fois, le rôle positif de DEP-1 dans l’activation de Src au niveau des cellules endothéliales et des cellules cancéreuses mammaires ce qui permet la régulation du bourgeonnement endothélial, de la perméabilité vasculaire, de l’angiogenèse normale et pathologique en plus de l’invasion tumorale.

Delta like ligand 4 is a critical regulator of bone marrow cell differentiation into pericytes/vascular smooth muscle cells and is essential for the vasculogenesis that supports the growth of Ewing’s sarcoma

We have previously shown that vasculogenesis, the process by which bone marrow-derived cells are recruited to the tumor and organized to form a blood vessel network de novo, is essential for the growth of Ewing’s sarcoma. We further demonstrated that these bone marrow cells differentiate into pericytes/vascular smooth muscle cells(vSMC) and contribute to the formation of the functional vascular network. The molecular mechanisms that control bone marrow cell differentiation into pericytes/vSMC in Ewing’s sarcoma are poorly understood. Here, we demonstrate that the Notch ligand Delta like ligand 4 (DLL4) plays a critical role in this process. DLL4 is essential for the formation of mature blood vessels during development and in several tumor models. Inhibition of DLL4 causes increased vascular sprouting, decreased pericyte coverage, and decreased vessel functionality. We demonstrate for the first time that DLL4 is expressed by bone marrow-derived pericytes/vascular smooth muscle cells in two Ewing’s sarcoma xenograft models and by perivascular cells in 12 out of 14 patient samples. Using dominant negative mastermind to inhibit Notch, we demonstrate that Notch signaling is essential for bone marrow cell participation in vasculogenesis. Further, inhibition of DLL4 using either shRNA or the monoclonal DLL4 neutralizing antibody YW152F led to dramatic changes in blood vessel morphology and function. Vessels in tumors where DLL4 was inhibited were smaller, lacked lumens, had significantly reduced numbers of bone marrow-derived pericyte/vascular smooth muscle cells, and were less functional. Importantly, growth of TC71 and A4573 tumors was significantly inhibited by treatment with YW152F. Additionally, we provide in vitro evidence that DLL4-Notch signaling is involved in bone marrow-derived pericyte/vascular smooth muscle cell formation outside of the Ewing’s sarcoma environment. Pericyte/vascular smooth muscle cell marker expression by whole bone marrow cells cultured with mouse embryonic stromal cells was reduced when DLL4 was inhibited by YW152F. For the first time, our findings demonstrate a role for DLL4 in bone marrow-derived pericyte/vascular smooth muscle differentiation as well as a critical role for DLL4 in Ewing’s sarcoma tumor growth.

Wiring the Vascular Network with Neural Cues: A CNS Perspective

The vascular and the nervous system are responsible for oxygen, nutrient, and information transfer and thereby constitute highly important communication systems in higher organisms. These functional similarities are reflected at the anatomical, cellular, and molecular levels, where common developmental principles and mutual crosstalks have evolved to coordinate their action. This resemblance of the two systems at different levels of complexity has been termed the "neurovascular link." Most of the evidence demonstrating neurovascular interactions derives from studies outside the CNS and from the CNS tissue of the retina. However, little is known about the specific properties of the neurovascular link in the brain. Here, we focus on regulatory effects of molecules involved in the neurovascular link on angiogenesis in the periphery and in the brain and distinguish between general and CNS-specific cues for angiogenesis. Moreover, we discuss the emerging molecular interactions of these angiogenic cues with the VEGF-VEGFR-Delta-like ligand 4 (Dll4)-Jagged-Notch pathway.

Rôles de la protéine tyrosine phosphatase DEP-1 dans l'angiogenèse, la perméabilité vasculaire et la progression tumorale

L’angiogenèse et l’augmentation de la perméabilité vasculaire sont des éléments clés pour la croissance et la progression tumorale. Par conséquent, de nombreux efforts sont déployés à comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la formation et le remodelage des vaisseaux sanguins de manière à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. De cette optique, les travaux de cette thèse se sont concentrés sur la protéine tyrosine phosphatase DEP-1, initialement identifiée comme un régulateur négatif de la prolifération et de la phosphorylation du VEGFR2 lorsque fortement exprimée dans les cellules endothéliales. Toutefois, en utilisant une approche d’ARNi, il a été démontré que via sa capacité à déphosphoryler la tyrosine inhibitrice de Src (Y529), DEP-1 était également un régulateur positif de l’activation de Src dans les cellules endothéliales stimulées au VEGF. Puisque Src joue un rôle central dans la promotion de l’angiogenèse et la perméabilité vasculaire, nous avons en plus démontré que DEP-1 était un promoteur de ces fonctions in vitro et que la tyrosine phosphorylation de sa queue C-terminale, permettant l’interaction et l’activation de Src, était requise. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse démontrent dans un premier temps à partir d’une souris Dep1 KO, dont le développement ne présente aucun phénotype apparent, que la perte de l’expression de DEP-1 se traduit en une inhibition de l’activation de Src et de l’un de ses substrats, la VE-Cadherine, en réponse au VEGF chez la souris adulte. Nos résultats démontrent donc, pour la première fois, le rôle primordial de DEP-1 dans l’induction de la perméabilité vasculaire et de la formation de capillaires in vivo. Conséquemment, la croissance tumorale et la formation de métastases aux poumons sont réduites due à une inhibition de leur vascularisation ce qui se traduit par une diminution de la prolifération et une augmentation de l’apoptose des cellules cancéreuses. De façon intéressante, l’expression élevée de DEP-1 dans les vaisseaux sanguins tumoraux de patientes atteintes du cancer du sein corrèle avec une vascularisation accrue de la tumeur. En plus du rôle de DEP-1 dans la réponse angiogénqiue à l’âge adulte, nos travaux ont également démontré le rôle important de DEP-1 lors de la vascularisation de la rétine, un modèle in vivo d’angiogenèse développementale. Dans ce contexte, DEP-1 inhibe la prolifération des cellules endothéliales et limite leur bourgeonnement et la complexification du réseau vasculaire rétinien en permettant l’expression adéquate du Dll4, un régulateur crucial de l’organisation de la vascularisation développementale. Cette expression du Dll4 découlerait de la stabilisation de la β-caténine par l’inactivation de la GSK3β, un régulateur important de la dégradation de la β-caténine, en réponse au VEGF selon la voie de signalisation VEGFR2-Src-PI3K-Akt-GSK3β. Ainsi, ces travaux identifient DEP-1 comme un régulateur important de l’organisation vasculaire rétinienne. Les rôles positifs de DEP-1 dans les cellules endothéliales découlent principalement de sa capacité à lier et activer la kinase Src. En plus de contribuer à la réponse angiogénique, Src est également un oncogène bien caractérisé notamment pour sa contribution au programme invasif des cellules cancéreuses mammaires. Les travaux de cette thèse illustrent que DEP-1 est préférentiellement exprimée dans les cellules cancéreuses mammaires invasives et qu’il régule l’activation de Src, de voies de signalisation invasives et, par le fait même, de l’invasivité de ces cellules in vitro et in vivo. De façon intéressante, ces observations corrèlent avec des données cliniques où l’expression modérée de DEP-1 est associée à un mauvais pronostic de survie et de rechute. Ces résultats démontrent donc, pour la première fois, le rôle positif de DEP-1 dans l’activation de Src au niveau des cellules endothéliales et des cellules cancéreuses mammaires ce qui permet la régulation du bourgeonnement endothélial, de la perméabilité vasculaire, de l’angiogenèse normale et pathologique en plus de l’invasion tumorale.

Utilização de murganhos no estudo de novos alvos da terapia oncológica anti-angiogénica

Tese de Doutoramento em Ciências Veterinárias na Especialidade de Ciências Biológicas e Biomédicas