Во время развития млекопитающих эмбрионы сначала поддерживаются за счет простой диффузии необходимых газов и молекул, но подвергаются критическому физиологическому переходу, при котором эмбрион становится зависимым от кровообращения, чтобы поддерживать дальнейшее развитие. У эмбрионов мышей этот переход происходит вскоре после того, как система кровообращения становится функциональной на день эмбриогенеза (E) 8.0 (стадия 3-х сомитов), когда сердце начинает биться (Lucitti et al., 2007; Udan et al., 2013). Вскоре после этого первичные эритробласты попадают в кровообращение и сосудистая сеть ремоделируется, чтобы облегчить распределение крови и обеспечить эффективный транспорт по всему эмбриону и внеэмбриональным регионам, таким как желточный мешок. Ремоделирование сосудов желточного мешка становится очевидным, когда примитивное сплетение, состоящее из малого диаметра капилляров (30-70µm), is трансформируется на ст. E8.5 - E9.5 а разветвленную древоподобную структуру, с иерархическим распределением крупного диаметра сосудов (150-230 µm), приводя к прогрессивно к появлению все меньшего диаметра сосудов как венозной, так и артериальной сторон (Fig. 1A-D).

Ремоделирование сосудов является критическим для жизнеспособности эмбриона на этой ранней стадии. Установлено, что более 100 dмутаций различных одиночных генов нарушают ремоделирование сосудов на ст. E8.5 - E9.5, приводя к гибели на ст. E10.5-12.5. Мутанты, неспособные к ремоделированию сосудов, столь распространены, поскольку нормальное развитие сердца , крови и сосудов нуждаются в таком ремоделировании. Наша группа показала, что ремоделирование сосудов регулируется с помощью гемодинамической силы (физических сил, оказываемых текущей кровью); т.о., снижение циркуляции или пониженный гематокрит (уменьшение вязкости) могут приводить к отсутствию ремоделирования (Lucitti et al., 2007). Более того, эндотелиальные клетки (ECs) д. реагировать на эти сигналы, d to these signals, поэтому если генные мутации изменяют раннюю функцию сердца (Huang et al., 2003; Koushik et al., 2001; Lucitti et al., 2007; May et al., 2004), то это приведет к аномальному кровяному развитию (He et al., 2008) или к нарушению прежде всего развития нормальных EC (Graupera et al., 2008; Sengupta et al., 2012), после чего ремоделирование оказывается невозможным как вторичное следствие. Также отек перикарда и неспособность сердца существенно связаны с дефектами ремоделирования в желточном мешке, независимо от первичной причины. Это, по-видимому, происходит из-за того, что необходимо увеличение диаметра сосудов, чтобы снизить противостояние, которое препятствует кровообращению от сердца через желточный мешок. Т.о., морфогенез и функция очень взаимозависимы и важны для выживания.

Несмотря на важность ремоделирования сосудов для раннего развития, мало известно о механизмах, которые трансформируют инициальное капиллярное сплетение в сосудистую иерархию, которая становистя очевидна на ст. E9.5. Хотя ясно, что ремоделирование сосудов регулируется изменениями гемодинамических сил (Lucitti et al., 2007), остается неясным, как такие силы могут изменять морфологию и диаметр сосудов. В зрелых сосудах, в которых эндотелий окружен контрактильными гладкомышечными клетками, кровоток может увеличивать диаметр сосуда путем реляксации мышц, но у эмбриона гладкомышечные клетки не обнаруживаются вокруг сосудов вплоть до ст. E9.5, когда изменения в диаметре уже очевидны (Armstrong et al., 2010). Это подтверждает, что изменения в диаметре, скорее всего, регулируются непосредственно на уровне EC.

Thoma (Thoma, 1893) впервые предположил, что кровообращение может регулировать морфогенез сосудов, многочисленные исследования изучали эффекты сдирающих стрессов и давление на ECs (Califano and Reinhart-King, 2010; Chiu and Chien, 2011; Culver and Dickinson, 2010; Hahn and Schwartz, 2009; Li et al., 2005). У эмбрионов уровни сдирающих воздействий (stress) были определены в ~5 dyn/cm² (Jones et al., 2004). Столь низкие, уровни осциляторных сдираний (shear) участвуют в регуляции пролиферации клеток, апоптозе миграции, ассоциированных с образованием атеросклеротических бляшек (Chatzizisis et al., 2007; Chiu and Chien, 2011; Davies et al., 1986; Tardy et al., 1997;Tricot et al., 2000), а недавние сообщения показали, что с низким сдирающим эффектом интерстициальный ток может регулировать разрастание эндотелия, лимфангиогенез и миграцию опухолевых и мезенхимных клеток (Coffindaffer-Wilson et al., 2011; Haessler et al., 2012; Polacheck et al., 2011; Song and Munn, 2011; Yuan et al., 2012). Эти исследования подтвердили, что кровоток может регулировать in vivo ремоделирование сосудов в желточном мешке млекопитающих путем регуляции таких событий, как пролиферация, апоптоз или миграция EC.

Для проверки этой гипотезы мы использовали time-lapse конфокальную микроскопию, чтобы сделать видимыми изменения в поведении EC во время ремоделирования. Мы использовали трансгенных мышей, у которых были флюоресцентно мечены мембраны EC (Flk1-myr::mCherry) и ядра (Flk1-H2B::eYFP) и мечены примитивные кровяные клетки (ε-Globin-GFP) (Dyer et al., 2001; Fraser et al., 2005;Larina et al., 2009; Poch? et al., 2009). Используя цейтраферную съему динамических событий, а также анализ клеточной гибели и пролиферации у фиксированных эмбрионов, мы установили, что диаметр сосудов увеличивается не в результате изменений пролиферации или выживаемости EC. Напротив, мы установили, диаметр увеличивается во время ремоделирования сосудов в результате двух различающихся процессов, которые регулируются кровотоком: слияниями сосудов вблизи вителлиновых артерий и вен; и направленной миграцией ECs от небольших к крупным сосудам и внутри сегментов растущих артерий. Стало ясно поведение клеток, которое лежит в основе ремоделирования, и какие силы кровотока действуют на индивидуальные ECs во время развития.