Divergent endothelial mechanisms drive arteriovenous malformations in ALK1 and SMAD4 loss-of-function

功能(生物学) 损失函数 神经科学 医学 心理学 生物 遗传学 表型 基因
作者
Olya Oppenheim,Wolfgang Giese,Hyojin Park,Elisabeth Baumann,Andranik Ivanov,Dieter Beule,Anne Eichmann,Holger Gerhardt
标识
DOI:10.1101/2025.01.03.631070
摘要

Abstract Hereditary hemorrhagic telangiectasia is an autosomal dominant disorder caused by mutations in the bone morphogenetic protein signaling pathway, leading to arteriovenous malformations. While previously thought to share molecular and cellular dysregulation, this study reveals highly distinct mechanisms depending on whether mutations occur in Alk1 or SMAD4. Loss of SMAD4 enhances endothelial cell responses to flow, including flow-regulated transcription and cell migration against blood flow, causing excessive pruning of capillaries and the formation of single large shunts. Conversely, Alk1 deficiency disrupts endothelial flow responses, including cell polarization and directional migration, leading to a dense vascular network and the persistence of a malformation nidus. In vivo cell population tracking of mutant cells validates unique endothelial cell migration defects. Mosaic cell culture models further illustrate that mutant cells co-opt wild-type cells driving distinct Alk1 or SMAD4 mutant-like behavioral defects. These findings demonstrate that arteriovenous malformations develop through fundamentally different cellular mechanisms based on the specific genetic mutation emphasizing the need for tailored diagnostic and therapeutic strategies.

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