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

摘要 胚胎中肠必须以一种复杂而刻板的模式旋转，以呈现熟悉的位置 在体腔内。 这一过程的失败会导致旋转不良和灾难性的中肠 肠扭转，即肠和相关脉管系统的绞窄。 我们的研究已经建立了高度 保守的分子机制，通过这些机制实现肠道的机械旋转， 保守的对称性破坏转录因子Pitx 2。 最近，我们发现， 器官不对称机制形成了复杂的血管和淋巴管网络， 排出脊椎动物的肠道 因此，有了一个核心分子库，发育中的肠道就可以在早期 结构、分子和血管的不对称性决定了成人器官的形式和功能。 在 背肠系膜是将肠道悬挂在体腔内的中胚层组织桥， 供应未来肠道的动脉和血管出现在Pitx 2-β-Cxcl 12信号通路的下游， 它指导Cxcr 4-β-阳性成血管细胞逐渐组装成内皮索， 船舶.我们已经证明，Pitx 2、Cxcr 4或Cxcl 12功能的缺失会破坏动脉和淋巴管的形成， 特别是在肠道中，并靶向一种新的淋巴前体群体， 来源于肠系膜淋巴囊。 肠道代谢物在膳食脂质的吸收中起着至关重要的作用， 这一功能将它们与体内所有其他淋巴网络分开。虽然我们的数据显示， 动脉网的最终形成取决于动脉网的预先组装， 这种关系的机制尚不清楚。在我们的第一个目标，我们解决的具体作用和时机， Pitx 2在淋巴模式和生理学中的表达。 使用Pitx 2突变小鼠系，我们将 将最早的胚胎偏侧性通路与淋巴管系统的器官内固有模式联系起来， 内脏在我们的第二个目标中，我们在小鼠肠道中测试Pitx 2和Vegf-β-C之间的关系，并利用 鸡胚的可及性。 在我们的第三个目标中，我们将消融动脉、淋巴或 使用他莫昔芬诱导的Cre的Cx40-CRE、Prox 1-CRE和Tie 2-CRE驱动剂的广义内皮。我们将测试 使用Cxcr 7突变体，Cxc 112第二受体Cxcr 7补偿Cxcr 4损失的能力， 报告小鼠。 从这些实验中吸取的教训将改变我们思考和研究的方式 哺乳动物肠道的代谢，并将揭示新的潜在目标，当地代谢， 肠道疾病

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.