A brain-specific angiogenic mechanism enabled by tip cell specialization

机制(生物学) 血管生成 基底膜 神经科学 血脑屏障 斑马鱼 Wnt信号通路 细胞生物学 化学 生物 中枢神经系统 信号转导 癌症研究 基因 遗传学 哲学 认识论
作者
Giel Schevenels,Pauline Cabochette,Michelle America,Arnaud Vandenborne,Line De Grande,Stefan Guenther,Liqun He,Marc Dieu,Basile Christou,Marjorie Vermeersch,Raoul F. V. Germano,David Pérez‐Morga,Patricia Renard,Maud Martin,Michael Vanlandewijck,Christer Betsholtz,Benoît Vanhollebeke
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:628 (8009): 863-871 被引量:19
标识
DOI:10.1038/s41586-024-07283-6
摘要

Abstract Vertebrate organs require locally adapted blood vessels 1,2 . The gain of such organotypic vessel specializations is often deemed to be molecularly unrelated to the process of organ vascularization. Here, opposing this model, we reveal a molecular mechanism for brain-specific angiogenesis that operates under the control of Wnt7a/b ligands—well-known blood–brain barrier maturation signals 3–5 . The control mechanism relies on Wnt7a/b-dependent expression of Mmp25, which we find is enriched in brain endothelial cells. CRISPR–Cas9 mutagenesis in zebrafish reveals that this poorly characterized glycosylphosphatidylinositol-anchored matrix metalloproteinase is selectively required in endothelial tip cells to enable their initial migration across the pial basement membrane lining the brain surface. Mechanistically, Mmp25 confers brain invasive competence by cleaving meningeal fibroblast-derived collagen IV α5/6 chains within a short non-collagenous region of the central helical part of the heterotrimer. After genetic interference with the pial basement membrane composition, the Wnt–β-catenin-dependent organotypic control of brain angiogenesis is lost, resulting in properly patterned, yet blood–brain-barrier-defective cerebrovasculatures. We reveal an organ-specific angiogenesis mechanism, shed light on tip cell mechanistic angiodiversity and thereby illustrate how organs, by imposing local constraints on angiogenic tip cells, can select vessels matching their distinctive physiological requirements.
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