Vascular Endothelial Growth Factors and Endothelial Cells Behaviour

The vascular endothelium is an important tissue often underestimated for its role in health and disease. Endothelial cells dysfunction is at the base of many if not all diseases. The inaccessibility of this tissue made difficult its assessment for many years. Vascular dysfunction can occur at different levels of vascular development and maintenance: during initial vasculogenesis, angiogenesis and late vascular remodelling. Vasculogenesis denotes the early developmental process of artery-veins specification. Angiogenesis refers to the formation of new blood vessels from pre-existing quiescent vessels. The angiogenic process is initiated by pro-angiogenic factors that induce endothelial cell sprouting, migration and vascular anastomosis. Newly formed vascular networks undergo extensive vascular remodelling, that includes distinct processes of vascular pruning and regression of selected vascular branches, to form a functional and mature quiescent vasculature. Vascular endothelial growth factors (VEGFs) are critical players in artery specification during development, in angiogenesis and in vascular maintenance. VEGFs bind to transmembrane VEGFRs receptors to initiate the intracellular response. The VEGF-VEGFR signalling pathway activation and regulation are very complex. In fact, the binding of the ligand VEGF to the VEGFRs receptor is not the only event involved in the activation and regulation of the signalling cascade. Co-receptors, kinases, phosphatases, and other proteins involved in the intracellular trafficking of the VEGF-VEGFR complex modulate the signal specificity, amplitude and duration. Angiogenesis and vessels stability are tightly regulated physiological processes. Indeed, excessive angiogenesis and increased permeability lead to vascular dysfunction and the progression of several diseases. In the recent years, neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease have been strongly associated to vascular dysfunction (Review I) and to VEGF/VEGFR2 aberrant signalling. Recent studies suggest an important role of the AD-related β-amyloid precursor protein (APP) in maintaining cellular homeostasis in the brain, however the role of this protein in endothelial cells and its interactions with the VEGF signalling is still unknown (Review II). In this thesis work, I have examined the role of APP in regulating VEGF/VEGFR2 signalling and endothelial cells stability (Paper I). Furthermore, I have investigated the in vivo role of VEGF mediated signalling in artery specification during zebrafish vascular development (Paper II). In conclusion, VEGF mediated signalling is regulated by a multifactor system and each individual regulatory mechanism leads to a specific outcome in angiogenesis and vessel stability.

L'endotelio vascolare è un importante tessuto il cui ruolo sia in fisiologia, che in patologia è stato a lungo sottovalutato. Per molti anni, l'inaccessibilità di questo tessuto ha reso difficoltoso valutarne il ruolo fisio-patologico. La disfunzione delle cellule endoteliali è alla base di molti se non tutti gli stati patologici e può manifestarsi a diversi livelli dello sviluppo vascolare: durante la vasculogenesi, durante il processo di angiogenesi oppure durante il rimodellamento vascolare. Il processo di vasculogenesi consiste nella specializzazione di precursori vascolari in arterie e vene. Il termine angiogenesi si riferisce invece alla formazione di nuovi vasi sanguigni a partire da vasi preesistenti. Il processo è attivato da fattori pro-angiogenici che promuovono la migrazione e proliferazione delle cellule endoteliali e l'anastomosi dei vasi neoformati. In seguito, i nuovi vasi subiranno rimodellamenti secondari, come la regressione di particolari capillari, per formare un network vascolare maturo e funzionale. I fattori di crescita endoteliali vascolari (VEGFs) svolgono un ruolo cruciale, sia durante il processo di vasculogenesi e angiogenesi, che nel mantenimento della funzionalità vascolare. La trasduzione del segnale attivata dai VEGFs è complessa. La risposta intracellulare è attivata dal legame dei VEGFs con specifici recettori di membrana (VEGFRs). L'intensità e la durata del segnale sono invece modulate dal legame dei VEGFs con co-recettori e dall'interazione del complesso VEGF/recettore con chinasi, fosfatasi e altre proteine coinvolte nel trasporto del complesso all'interno della cellula. L'angiogenesi e l’integrità dei vasi sono processi fisiologici strettamente controllati. Infatti, un'angiogenesi non controllata e la perdita d’integrità di membrana con l’aumento di permeabilità portano a disfunzione vascolare e conseguenze patologiche. Negli ultimi anni, la disfunzione vascolare e l'alterazione del signalling del VEGF nel tessuto vascolare sono state associate all'insorgenza di numerose malattie neurodegenerative, incluso l'Alzheimer (Review I). Recenti studi suggeriscono un importante ruolo della β-amyloid precursor protein (APP), proteina chiave nello sviluppo della malattia di Alzheimer, nel mantenimento dell'omeostasi cellulare nel cervello, tuttavia la funzione di questa proteina a livello vascolare e la sua interazione con il signalling del VEGF sono tuttora ignote (Review II). In questo lavoro di tesi ho esaminato il ruolo di APP nella regolazione e modulazione del signalling VEGFA/VEGFR2 e nel mantenimento della funzionalità vascolare (Paper I). Ho inoltre studiato il ruolo del signalling di VEGF nel differenziamento di arterie e vene durante lo sviluppo vascolare embrionale utilizzando il modello in vivo di zebrafish (Paper II). Il mio lavoro di ricerca ha contribuito ad ampliare la conoscenza sulla complessa modulazione del signalling di VEGF nel tessuto vascolare, sia durante lo sviluppo embrionale, che durante l'omeostasi vascolare.