Gut-specific lymphatic patterns and progenitor heterogeneity during intestinal health and disease

点击翻译按钮获取中文摘要

ABSTRACT  The embryonic midgut must rotate in a complex yet stereotypical pattern to assume the familiar positioning  within  the  body  cavity.  Failure  of  this  process  causes  malrotation  and  predisposes  to  catastrophic  midgut  volvulus,  a  strangulation  of  the  gut  and  associated  vasculature.  Our  research  has  established  the  highly  conserved  molecular  mechanisms  by  which  the  mechanical  rotation  of  the  gut  is  achieved,  orchestrated  by  the  conserved  symmetry  breaking  transcription  factor  Pitx2.  More  recently  we  have  shown  that  the  same  organ asymmetry mechanisms pattern the complex network of blood and lymphatic vessels that supply and  drain  the  vertebrate  gut.  Thus  with  one  core  molecular  repertoire,  the  developing  gut  assumes  early  structural,  molecular  and  vascular  asymmetries  that  determine  the  form  and  function  of  the  adult  organ.  In  the  dorsal  mesentery,  a  bridge  of  mesodermal  tissue  that  suspends  the  gut  within  the  body  cavity,  the  arteries  and  lymphatics  that  supply  the  future  gut  arise  downstream  of  a  Pitx2-­‐‑Cxcl12  signaling  pathway,  which  directs  the  progressive  assembly  of  Cxcr4-­‐‑positive  angioblasts  into  endothelial  cords  and  patent  vessels. We have shown that loss of Pitx2, Cxcr4 or Cxcl12 function disrupts artery and lymphatic formation  specifically  in  the  gut,  and  targets  a  novel  population  of  lymphatic  precursors  that  is  distinct  from  those  derived  from  mesenteric  lymph  sac.  Gut  lymphatics  have  a  crucial  role  in  absorption  of  dietary  lipids,  a  function that separates them from all other lymphatic networks in the body. While our data highlight that the  eventual  formation  of  lymphatics  depends  on  the  prior  assembly  of  the  arterial  network,  the  specific  mechanisms of this relationship remain unclear. In our first aim, we address the specific roles and timing of  Pitx2  expression  during  lymphatic  patterning  and  physiology.  Using  Pitx2  mutant  mouse  lines,  we  will  connect  the  earliest  embryonic  laterality  pathways  with  organ-­‐‑intrinsic  patterns  of  lymphatic  vasculature  in  the gut. In our second aim, we test the relationship between Pitx2 and Vegf-­‐‑C in the mouse gut and utilizing  the  accessibility  of  chicken  embryo.  In  our  third  aim,  we  will  ablate  Cxcr4  in  arterial,  lymphatic  or  generalized endothelium using Cx40-­‐‑, Prox1-­‐‑ and Tie2-­‐‑CRE drivers of tamoxifen-­‐‑inducible Cre. We will test  the  ability  of  Cxcr7,  a  second  receptor  for  Cxcl12,  to  compensate  for  Cxcr4  loss  using  Cxcr7  mutant  and  reporter  mice.  Lessons  learned  from  these  experiments  will  change  the  way  we  consider  and  study  lymphatics  of  the  mammalian  intestine,  and  will  shed  new  light  on  potential  targets  of  local  lymphatics  in  diseases of the gut.