Regulation of actomyosin contractility by p110α P13-kinase in sprouting angiogenesis

Abstract

Class IA PI3K (PI3K) functions have been widely investigated over the last two decades. PI3K signalling is located at the crossroads of many cell surface receptors sending signals to coordinate multiple cellular functions such as cell growth, survival, motility, and metabolism. Fine-tune regulation of PI3K signalling in cells is needed to ensure the functionality of tissues and organs. However, it is still not clear how or even which PI3K isoforms are concerted into precise morphogenic events. On the other hand, PI3K activity plays central roles in several cellular processes critical for cancer progression. Hence, PI3K pathway inhibition is considered an important target for therapeutic intervention in cancer, and progress in the clinical area is being monitored by many clinical trials with PI3K inhibitors.

We were interested in investigating the role of PI3K activity in endothelial cells during the process of angiogenesis. Although ECs express all class I PI3K isoforms, only inactivation of the catalytic subunit p110α in endothelial cells (not p110β or p110δ inactivation) leads to vascular defects in the embryo (Graupera et al. 2008). This indicates that p110α activity in ECs is required in a cell- autonomous manner to ensure proper vascular development and remodelling during the embryogenesis. However, progress in the understanding of how p110α-PI3K signalling regulates the different steps of vascular morphogenesis has been hampered by embryonic lethality that both the constitutive and endothelial specific p110α mutant mice exhibit.

By using a tamoxifen-inducible endothelial Cre line in mouse and genetic and pharmacological approaches in zebrafish embryos, we have found that p110α signalling is required to maintain vessel stability. The lack of p110α activity leads to endothelial tubular structures composed of single cells that show an elongated shape with multiple protrusions and no lumen. These ECs fail in the elongation of the inter-endothelial contacts during the sprout outgrowth. Furthermore, I found that p110α is involve in the initial steps of fusion and is necessary for proper establishment of a new connection. Finally, I identifyed that p110α negatively controls actomyosin contractility independently of Rho/ROCK signalling pathway and that this control could be exerted through the regulation of MLC phosphatase activity by the impact on mRIP and/or MYPT proteins.

La señalización PI3K de clase IA se requiere de una manera autónoma en células endoteliales para el correcto crecimiento de los vasos sanguíneos. Aunque las células endoteliales expresan todas las isoformas de la clase IA de PI3Ks, sólo la subunidad catalítica p110α es necesaria para la angiogenesis fisiológica. Sin embargo, poco se sabe sobre el papel de p110α -PI3K en las diferentes etapas de la morfogénesis vascular. Mediante la generación de una línea inducible Cre endotelial de ratón y la inactivación genética y farmacológica de la proteína en embriones de pez cebra, hemos encontrado que la señalización a través de la proteína p110α es necesaria para mantener la estabilidad del los vasos sanguíneos. La falta de la actividad de la proteína p110α da lugar a la formación de una vasculatura aberrante formada por estructuras endoteliales muy delgadas compuestas por células individuales que emiten múltiples protrusiones y carecen de lumen. Durante la elongación del nuevo brote vascular las células endoteliales no puede elongar la superficie de adhesión entre células endoteliales y por tanto no pueden sufrir reordenamientos necesarios para el crecimiento del nuevo vaso. También hemos visto que la proteína p110α está implicada en la estabilización de los nuevos contactos durante el proceso de anastomosis vascular y su inactivación da lugar a inestabilidad vascular y la aparición de desconexiones en entre vasos. La falta de la proteína p110α se asocia con un aumento en la formación de los cables de actina cortical e hiperfosforilacion de la cadena ligera de la miosina. Por tanto, identificamos que la ruta de señalización p110α-PI3K controla negativamente la contractilidad de las fibras de actomiosina de forma independiente a la via de señalización Rho-ROCK y que este control podría ser ejercido a través de la regulación de la actividad de la fosfatasa MLC a través de las proteínas mRIP y/o MYPT1.