background image

Postępy Biochemii 59 (4) 2013 

365

Patrycja Sroczynska

*

Biotech  Research  and  Innovation  Centre 

(BRIC),  University  of  Copenhagen,  Copenha-

gen, Denmark

*

Biotech Research and Innovation Centre (BRIC), 

University of Copenhagen, Ole Maaløes Vej 5, 

2200 Copenhagen, Denmark; e-mail: patrycja.

sroczynska@bric.ku.dk

Received: September 25, 2013

Accepted: October 14, 2013

Key words: hematopoiesis,  hemogenic  endo-

thelium, hemangioblast, embryo

Abbreviation:  HSCs  —  hematopoietic  stem 

cells;  ES  cells  —  embryonic  stem  cells;  YS  —

yolk sac; P-Sp — paraaortic splanchnopleura; 

AGM  —  aorta-gonad-mesonephros;  E  —  em-

bryonic day; BL-CFC — blast colony-forming 

cell;  Bry  —  Brachyury;  Flk-1  —  fetal  liver  ki-

nase 1; AcLDL — acetylated low-density lipo-

protein;  EHT  —  endothelial  to  hematopoietic 

transition;  Ncx1  —  sodium-calcium  exchan-

ger-1; Scl — stem cell leukemia

Acknowledgements:  I  would  like  to  thank 

Georges  Lacaud  and  Valerie  Kouskoff,  who 

introduced me to the field of embryonic hema-

topoiesis.

Hemogenic endothelium — ontogenesis and role in blood production

ABSTRACT

E

ndothelial and hematopoietic lineages have long been thought to develop from a com-

mon ancestor, the hemangioblast. Alternatively, clusters of hematopoietic cells in the 

dorsal aorta were observed to form in a close association with endothelial wall of the aorta, 

leading to the hypothesis that a special subset of endothelial cells, called the hemogenic en-

dothelium, generates hematopoietic cells. Recent advances in time-lapse imaging, condition-

al labeling of cells in vivo and embryonic stem cell differentiation provided new evidence for 

the existence of both, the hemangioblast and hemogenic endothelium. Importantly, these 

seemingly contradictory theories can be merged into one model of hematopoietic differentia-

tion from mesoderm.

INTRODUCTION

Human hematopoietic system produces between 10

11 

and 10

12

 new blood cells 

per day during steady state and even more during infection or after injury. This 

can  be  achieved  thanks  to  the  life-long  presence  of  hematopoietic  stem  cells 

(HSCs), which are defined by two properties: the potential to differentiate into 

all types of blood cells (multipotency) and the ability to generate progeny with 

the same potential (self-renewal). This initial pool of HSCs, that supports blood 

production throughout the whole life, is generated during embryonic develop-

ment. It is therefore of outmost importance to understand the process of hemat-

opoietic cell commitment from mesoderm in the embryo.

Experiments leading to the current view of hematopoietic development star-

ted at the beginning of the 20

th

 century and were performed over decades in se-

veral different vertebrate models, among others: zebrafish, chicken, mouse and 

human embryos. In addition to these in vivo studies, the in vitro differentiation 

of embryonic stem (ES) cells provided an excellent experimental system to study 

the earliest steps of hematopoiesis. Data described in this review refer to mouse 

studies, unless otherwise stated.

EMBRYONIC HEMATOPOIESIS

The initial steps of hematopoietic commitment in the adult take place in the 

bone marrow, which provides a niche for the HSCs. In the growing embryo the 

need for oxygen supply and specialized blood cell production precedes the for-

mation of the bone marrow. Embryonic blood production occurs therefore in 

several  waves  and  utilizes  distinct  anatomical  sites:  yolk  sac  (YS),  paraaortic 

splanchnopleura (P-Sp), aorta-gonad-mesonephros (AGM) that forms in the pla-

ce of P-Sp, placenta, allantois, chorion and fetal liver (Fig. 1).

PRIMITIVE HEMATOPOIESIS

All hematopoietic cells are derived from mesoderm, which forms in the pro-

cess known as gastrulation starting in the mouse embryo from embryonic day 

(E) 6.5. The first restricted hematopoietic cells are of erythroid lineage and are 

called  primitive  erythrocytes,  due  to  several  unique  features  distinguishing 

them from adult-type, definitive erythrocytes. These primitive erythrocytes de-

velop in the blood islands, which are clusters of primitive erythroid cells surro-

unded by endothelial cells in the YS. In the mouse embryo blood islands emerge 

around E8.25 [1].

Progenitors for the primitive erythrocytes can be detected by colony-forming 

assay already at the primitive streak stage (E7.0) and disappear by E9.0 [2]. These 

transient erythroid cells, unlike definitive erythrocytes, enter circulation while 

still containing nuclei. They mature in the bloodstream and in the fetal liver, 

background image

366

 

www.postepybiochemii.pl

enucleate between E12.5 and E17.5, and continue to circu-

late until 5 days after birth [3,4]. Primitive erythrocytes are 

also bigger than definitive erythrocytes, contain higher le-

vels of hemoglobin and express unique globin genes: βH1, 

εy and ζ [5].

DEFINITIVE HEMATOPOIESIS

In this review term “definitive hematopoiesis” refers to 

all  hematopoietic  lineages  other  than  primitive  erythroid 

cells, i.e. myeloid, lymphoid and definitive erythroid. Ho-

wever, different definitions of definitive hematopoiesis can 

be met in other reviews, e.g. hematopoiesis restricted to the 

HSCs able to reconstitute adult recipient and the progeny of 

such HSCs [6]. Alternatively, definitive hematopoietic cells 

can be divided into several classes, based on the develop-

mental potential of the cells [7].

The  short-time  window  of  the  generation  of  primitive 

erythroid  progenitors  (E7.0-E9.0)  is  overlapped  and  follo-

wed  by  the  generation  of  macrophage  and  definitive  ery-

throid progenitors starting from E8.25 [2]. This first wave 

of definitive hematopoiesis initiates in the YS and coincides 

with the onset of circulation (Fig. 1). Since the circulation is 

not fully functional for the first two days, the first defini-

tive progenitors are thought to be of YS origin [8]. Howe-

ver, other parts of the pre-circulation embryo, intraembry-

onic P-Sp and extraembryonic allantois and chorion, when 

isolated and pre-cultured in vitro, are also able to generate 

myeloid and definitive erythroid cells [9-11]. The emerging 

hematopoietic progenitors, of both primitive and definitive 

lineages,  express  the  αIIb  integrin  (also  known  as  CD41), 

which is the earliest hematopoietic extracellular marker [12-

14].

In the second wave of definitive hematopoiesis, lympho-

id progenitors are formed in parallel with the progenitors 

of  erythro-myeloid  potential.  The  origin  of  the  first  lym-

phoid  progenitors  was  a  matter 

of  a  long-standing  controversy. 

Pre-circulation P-Sp, but not YS, 

when  isolated  from  the  embryo 

and cultured in vitro, gave rise to 

lymphoid  progenitors  [15].  Ho-

wever, more recent studies with 

the  sodium-calcium  exchanger-1 

(Ncx1),  deficient  mouse  embry-

os  that  lack  cardiac  contractions 

and  circulation,  provided  evi-

dence that not only P-Sp but also 

YS  and  placenta  autonomously 

generate  lymphoid  progenitors 

[16,17].

HSCS

In the final wave of definitive 

hematopoiesis,  the  embryo  ge-

nerates  HSCs,  which,  unlike  he-

matopoietic progenitors, possess 

long-term  multilineage  reconsti-

tution potential of adult hemato-

poietic system upon transplanta-

tion. The first HSCs can be isola-

ted  from  the  AGM  region  of  the  embryo  at  E10.5  [18,19]. 

Within AGM, the emerging HSCs are specifically associated 

with the endothelial wall of the dorsal aorta [20]. HSCs can 

be also found at E10.5 in the major arteries of the embryo: 

the  vitelline  artery,  that  connects  embryo  proper  and  YS, 

and the umbilical artery, that connects the embryo proper 

and placenta [20], and at E11.0 in the placenta [21].

The hematopoietic progenitors and HSCs colonize fetal 

liver starting from E10.0 and E11.5, respectively. Thereafter 

liver becomes the major hematopoietic organ of the embryo, 

where HSCs expand reaching their highest number of about 

1600 HSCs per liver at E16 [22]. Subsequently HSCs migrate 

to the developing bone marrow, which becomes the hema-

topoietic center of the organism.

HEMANGIOBLAST

Based  on  the  observation  that  primitive  erythroid  cells 

and  endothelial  cells  develop  in  close  association  to  each 

other in the blood islands, it was suggested that the hema-

topoietic  and  endothelial  lineages  derive  from  a  common 

precursor, named the hemangioblast [23,24]. The first direct 

evidence for the existence of the hemangioblast was provi-

ded by studies of hematopoietic commitment using mouse 

ES cell differentiation. They led to identification of an in vi-

tro equivalent of the hemangioblast, called the blast colony-

-forming cell (BL-CFC). Single BL-CFC contains endothelial, 

hematopoietic (definitive and primitive) and smooth musc-

le potential [25,26]. It is defined by co-expression of the me-

sodermal marker Brachyury (Bry) and fetal liver kinase  1 

(Flk-1,  known  also  as  vascular  endothelial  growth  factor 

receptor type 2, VEGFR-2) [27].

The existence of the hemangioblast in vivo was first do-

cumented in 2004, when the group of Gordon Keller iden-

Figure 1. Milestones of hematopoietic development in the mouse embryo.

background image

Postępy Biochemii 59 (4) 2013 

367

tified a clonal precursor to hematopoietic, endothelial and 

vascular  smooth  muscle  cells  in  the  posterior  primitive 

streak of gastrulating mouse embryos [28]. A cell with he-

matopoietic and endothelial potential was also identified in 

zebrafish [29], fruit fly [30] and chicken [31]. In each case the 

hemangioblast  was  found  to  be  a  rare  precursor  cell  (fre-

quency  lower  than  1%  within  Bry

+

  Flk-1

+

  cell  population 

of E7.5 mouse embryo), and present only during a narrow 

window  of  development  (in  the  mouse  embryo  between 

E7.0 and E7.5). In addition to its infrequency and transience, 

the hemangioblast has no single specific marker, making its 

tracking in vivo a very challenging task. It remains therefore 

unknown whether all blood and endothelial cells, or only a 

special subset of them, are generated through this common 

precursor.  It  has  been  however  shown  by  lineage  tracing 

experiments that essentially all embryonic and adult hema-

topoietic cells are progeny of Flk-1-expressing cells [32]. In 

addition, Flk-1-deficient mouse embryos die between E8.5 

and E9.5 lacking both endothelial and hematopoietic types 

of cells [33].

Paradoxically, the blood islands, that originally triggered 

the hemangiobast hypothesis, were found to be of a non-clo-

nal  origin  and  hematopoietic  and  endothelial  cells  in  sin-

gle blood islands were shown to be derived from different 

precursors [34]. This observation does not however invali-

date the hemangioblast theory, but rather suggests that the 

hemangioblast’s  progeny  reach  the  blood  islands  already 

after  their  commitment  to  endothelial  and  hematopoietic 

lineages [35] (Fig. 2).

HEMOGENIC ENDOTHELIUM

In parallel to the hemangioblast hypothesis, a seemingly 

contradictory theory developed, according to which hema-

topoietic cells are generated by a special subset of endothe-

lial  cells,  called  the  hemogenic  endothelium.  This  theory 

originated  from  the  observations  that  hematopoietic  cells 

form characteristic clusters that are closely associated with 

endothelial cells in the wall of the dorsal aorta [36-39]. When 

endothelial cells were isolated from mouse embryo at dif-

ferent stages between E8.5 and E10.5, and cultured in vitro

they  differentiated  into  definitive  erythroid,  myeloid  and 

lymphoid progenitors [40-42]. Importantly, long-term adult 

repopulating HSCs were also shown to emerge in the endo-

thelial layer of the main vessels of the embryo: the aorta and 

the vitelline and umbilical arteries [20,43]. These early HSCs 

express a whole panel of endothelial cell surface markers, 

such as VE-cadherin, Tie2, CD31 and CD34 [43-46] together 

with  hematopoietic  markers,  CD41  (early  hematopoietic 

marker) and CD45 (late hematopoietic marker).

Based  on  the  above  findings  it  was  suggested  that  the 

definitive  hematopoietic  cells  derive  directly  from  hemo-

genic endothelial cells. This theory had been however lac-

king unequivocal evidence. It was also speculated that the 

hematopoietic cells of the intra-aortic clusters might in fact 

derive from the mesenchyme underlying the endothelium 

[47]. The first direct evidence of a bona fide endothelial ori-

gin of hematopoietic cells came from studies performed in 

chicken embryos. Jaffredo et al. injected acetylated low-den-

sity lipoprotein (AcLDL), a marker specific for endothelial 

cells  and  macrophages,  labeled  with  fluorescent  dye,  into 

chicken embryos at the stage of development when macro-

phages are not yet detected. Newly generated CD45

+

 hema-

topoietic cells in the aorta contained AcLDL, proving their 

endothelial  origin  [48].  The  same  question  was  addressed 

in a mouse study using an inducible reporter system allo-

wing a timed labeling of VE-cadherin-expressing cells [49]. 

Endothelial (VE-cadherin

+

) cells were labeled in vivo in mo-

use embryos for about 48 h starting from E9.5. The proge-

ny  of  labeled  cells  contributed  to  a  pool  of  hematopoietic 

cells both in the fetal liver and in the bone marrow. Since 

only a portion of adult hematopoietic cells in this study was 

derived from the labeled endothelial precursors, it remains 

uncertain whether all blood cells arise from the hemogenic 

endothelium.

It is now widely accepted that hematopoietic cells have 

an endothelial ancestor. Little is known however about the 

mechanism  through  which  the  endothelial  cells  lose  their 

endothelial-specific properties and become blood cells. Re-

cent live imaging studies provided an opportunity to follow 

endothelial to hematopoietic transition (EHT) in a real time. 

Zebra fish embryos, due to their transparency, provided an 

ideal model to follow the emergence of hematopoietic cells 

[50-52].  It  was  observed  that  the  hematopoietic  cells  form 

specifically  at  the  ventral  wall  of  the  dorsal  aorta.  Impor-

tantly, the hematopoietic cells do not emerge from endothe-

lial cells as a result of cell division. Instead, endothelial cells 

bend in a characteristic stretched manner, round up and fi-

nally detach from neighboring cells [52].

A direct observation of the emergence of hematopoietic 

cells in the aorta inside mouse embryo is hindered by the 

opaque nature of the embryo. Biosset et al. used slices of mo-

use embryos to overcome this problem and visualize aorta 

[53]. They observed cells expressing CD31 (endothelial mar-

Figure 2. Schematic  view  of  hemangioblast  commitment  to  endothelial,  blood 

and vascular smooth muscle lineages in gastrulating mouse embryo. H — he-

mangioblast; E — endothelium; HE — hemogenic endothelium; VSM — vascular 

smooth muscle; D — definitive hematopoietic progenitor; EryP — primitive ery-

throid progenitor.

background image

368

 

www.postepybiochemii.pl

ker) turning on the expression of CD41 (early hematopoietic 

marker) concurrently with budding of these cells from the 

ventral wall into the lumen of the aorta. It is still unclear 

if hematopoietic cells in the mouse embryo are formed in 

an EHT similar to the one described in the zebrafish. Ano-

ther intriguing question is whether the CD41

+

 cells budding 

from the aortal wall are HSCs or rather an intermediate sta-

ge between endothelium and HSCs, called pre-HSCs. It is 

evident that within intra-aortic clusters the majority of cells 

are not HSCs, since e.g. at E11.5 there are more than 400 he-

matopoietic cells but only 2 HSCs in the aorta [54].

HEMANGIOBLAST 

VS. HEMOGENIC ENDOTHELIUM

Are hemangioblast and hemogenic endothelium just two 

different names for the same cell population? Or could they 

be two distinct blood precursors, each giving rise to a spe-

cific  subset  of  hematopoietic  cells?  Two  studies,  in  which 

cells falling into hemangioblast or hemogenic endothelium 

category were distinguished and analyzed in the same set 

of experiments, shed light on this puzzle [55,56]. Time-lapse 

imaging and single cell sorting led to the conclusion that a 

single mesodermal Flk1

+

 cell without an endothelial pheno-

type can give rise to an endothelial cell, which can subse-

quently generate hematopoietic cells. Thus, the hemangio-

blast does not generate hematopoietic and endothelial cells 

simultaneously, but gives rise to blood cells through an en-

dothelial intermediate stage. Both primitive and definitive 

hematopoietic lineages were generated through this sequ-

ence of events. It is however impossible to say if HSCs are 

also formed in the hemangioblast–hemogenic endothelium–

hematopoietic progenitor sequence of transitions, as HSCs 

cannot be efficiently generated in vitro using current ES cell 

differentiation protocols. It is likely that in the embryo the 

short-lived hemangioblast from the E7.0-E7.5 primitive stre-

ak  [28]  gives  rise  to  hemogenic  endothelium  (along  with 

non-hemogenic endothelium and vascular smooth muscle 

cells), which can be found in the yolk sac starting from E7.5 

[40,41,55] and later in the AGM, the vitelline and umbilical 

arteries and the placenta [49]. Anatomical sites with docu-

mented presence of hemogenic endothelium are schemati-

cally shown in figure 3.

TRANSCRIPTIONAL REGULATION OF 

HEMOGENIC ENDOTHELIUM

Evidence for role of specific transcription factors in the 

development of hemogenic endothelium and hematopoie-

tic progenitors was obtained mostly through observation of 

developmental defects in knockout mice and during in vitro 

differentiation of knockout ES cells.

HEMANGIOBLAST — HEMOGENIC 

ENDOTHELIUM TRANSITION

The activity of the transcription factor stem cell leukemia 

(Scl), known also as T-cell acute lymphoblastic leukemia 1 

(Tal1), is critical for the formation of both endothelial and 

hematopoietic  types  of  cells.  Scl

-/-

  mouse  embryos  die  by 

E9.5 lacking any type of blood cells [57]. However, deletion 

of Scl specifically in cells expressing Tie2 (endothelial mar-

ker) did not have a major impact of hematopoiesis [58], in-

dicating that Scl is critically needed for blood development 

before the hemogenic endothelium stage. Indeed, dissecting 

hematopietic  commitment  in vitro  using  differentiation  of 

ES cells showed that Scl is necessary for the generation of 

hemogenic  and  non-hemogenic  endothelial  cells  from  the 

hemangioblast, but does not appear to be necessary for the 

development of hemangioblast from mesoderm or its diffe-

rentiation into smooth muscle cells [55,59] (Fig. 4).

The expression of Scl was shown to be controlled by Etv2 

[60]. Etv2

-/-

 mouse embryos lack vasculature and blood cells 

and die around E9.5 [61]. Detailed analysis of hematopoie-

tic commitment in Etv2

-/-

 embryos and ES cells showed that 

Etv2  is  not  necessary  for  the  development  of  Flk1

+

  meso-

derm, but is absolutely critical for the formation of endothe-

lial cells, including hemogenic endothelium [62,63].

HEMOGENIC ENDOTHELIUM — HEMATOPOIETIC 

PROGENITORS TRANSITION

Runx1 (known also as acute myeloid leukemia 1, Aml1) 

has long been known as a master regulator of hematopo-

iesis. Runx1

-/-

 mouse embryos develop hemorrhages in the 

Figure 3. Anatomical  sites  with  reported  hemogenic  endothelium  activity.  (A

Gastrulating  mouse  embryo.  YS  —  Yolk  sac.  (B)  Midgestation  mouse  embryo. 

DA — dorsal aorta; UA — umbilical artery; VA — vitelline artery; P — placenta. 

Drawings are not to scale.

Figure 4. Transcriptional  control  of  hemogenic  endothelium  development  and 

differentiation into hematopoietic progenitors. H — hemangioblast; E — endo-

thelium; HE — hemogenic endothelium; VSM — vascular smooth muscle; D — 

definitive hematopoietic progenitor; EryP — primitive erythroid progenitor.

background image

Postępy Biochemii 59 (4) 2013 

369

central nervous system and die by E12.5 [64,65]. The acti-

vity of Runx1 is necessary for the generation of definitive 

hematopoietic progenitors both in vivo and in vitro [65,66]. 

Primitive erythropoietic progenitors still develop in the ab-

sence of Runx1 with only minor defects [67]. Importantly, 

Runx1 activity is specifically required in endothelial cells, as 

shown in mice with Runx1 deletion in Tie2

+

 or VE-cadherin

+

 

endothelial cells [68,69]. Moreover, re-expression of Runx1 

in Runx1

-/- 

endothelial cells rescues definitive hematopoiesis 

[55,70].  Together,  these  data  define  the  window  of  Runx1 

function  in  the  hematopoietic  development  specifically  at 

the transition from hemogenic endothelium to definitive he-

matopoietic progenitors (Fig. 4).

A recent study showed that Runx1 and Hoxa3 are expres-

sed in a mutually exclusive manner and act antagonistical-

ly. High Hoxa3 levels maintain endothelial character of the 

cells and repress hematopoiesis. In contrast, Runx1 expres-

sion overrides endothelial gene expression program establi-

shed by Hoxa3 and promotes hematopoiesis [71].

Factors involved in the regulation of primitive hemato-

poiesis  are  largely  unknown  and  it  remains  unclear  how 

and at which stage of hematopoietic commitment the choice 

between definitive and primitive developmental programs 

is made. It has been however suggested that this choice is 

determined by the interplay between Wnt and Notch signa-

ling pathways [72].

FINAL REMARKS

• 

Given their indispensable role in the production of 

HSCs and hematopoietic progenitors, still relatively little is 

known about hemogenic endothelial cells:

• 

What markers distinguish hemogenic endothelium 

from other endothelial cells?

• 

Do all endothelial cells have the potential to beco-

me hemogenic?

• 

What  extracellular  signals  determine  hemogenic 

vs. non-hemogenic status of endothelial cells?

• 

Does hemogenic endothelium generate both endo-

thelial and hematopoietic cells, or is its potential restricted 

to hematopoietic lineage?

• 

Is hemogenic endothelium specific only for embry-

onic development or is it present also in adults?

Several studies suggest that adult HSCs posses endothe-

lial potential (reviewed in [35,73]), however hemogenic en-

dothelial activity in the steady-state adult hematopoiesis is 

yet to be shown. Further studies are needed to fully under-

stand the transition from endothelium to blood cells. In vitro 

ES cell differentiation has proven to be a powerful tool in 

dissecting the earliest stages of hematopoietic commitment. 

Not only it faithfully resembles hematopoietic development 

in the embryo, but also it gives access to rare cell popula-

tions that are otherwise extremely difficult, if not impossi-

ble, to isolate or track in vivo.

REFERENCES

1.  Ferkowicz MJ, Yoder MC (2005) Blood island formation: longstanding 

observations and modern interpretations. Exp Hematol 33: 1041-1047

2.  Palis J, Robertson S, Kennedy M, Wall C, Keller G (1999) Development 

of erythroid and myeloid progenitors in the yolk sac and embryo pro-

per of the mouse. Development 126: 5073-5084

3.  Fraser ST, Isern J, Baron MH (2007) Maturation and enucleation of pri-

mitive erythroblasts during mouse embryogenesis is accompanied by 

changes in cell-surface antigen expression. Blood 109: 343-352

4.  Isern J, Fraser ST, He Z, Baron MH (2008) The fetal liver is a niche for 

maturation of primitive erythroid cells. Proc Natl Acad Sci USA 105: 

6662-6667

5.  McGrath K, Palis J (2005) Hematopoiesis in the yolk sac: more than 

meets the eye. Exp Hematol 33: 1021-1028

6.  Medvinsky  A,  Rybtsov  S,  Taoudi  S  (2011)  Embryonic  origin  of  the 

adult  hematopoietic  system:  advances  and  questions.  Development 

138: 1017-1031

7.  Dzierzak E, Speck NA (2008) Of lineage and legacy: the development 

of mammalian hematopoietic stem cells. Nat Immunol 9: 129-136

8.  McGrath KE, Koniski AD, Malik J, Palis J (2002) Circulation is esta-

blished in a stepwise pattern in the mammalian embryo. Blood 101: 

1669-1675

9.  Cumano A, Ferraz JC, Klaine M, Di Santo JP, Godin I (2001) Intraem-

bryonic, but not yolk sac hematopoietic precursors, isolated before cir-

culation, provide long-term multilineage reconstitution. Immunity 15: 

477-485

10. Zeigler  BM,  Sugiyama  D,  Chen  M,  Guo  Y,  Downs  KM,  Speck  NA 

(2006) The allantois and chorion, when isolated before circulation or 

chorio-allantoic  fusion,  have  hematopoietic  potential.  Development 

133: 4183-4192

11. Corbel  C,  Salaün  J,  Belo-Diabangouaya  P,  Dieterlen-Lièvre  F  (2007) 

Hematopoietic potential of the pre-fusion allantois. Develop Biol 301: 

478-488

12. Ferkowicz MJ (2003) CD41 expression defines the onset of primitive 

and definitive hematopoiesis in the murine embryo. Development 130: 

4393-4403

13. Mikkola HKA (2002) Expression of CD41 marks the initiation of defi-

nitive hematopoiesis in the mouse embryo. Blood 101: 508-516

14. Corbel C, Salaün J (2002) αIIb integrin expression during development 

of the murine hemopoietic system. Dev Biol 243: 301-311

15. Cumano  A,  Dieterlen-Lièvre  F,  Godin  I  (1996)  Lymphoid  potential, 

probed before circulation in mouse, is restricted to caudal intraembry-

onic splanchnopleura. Cell 86: 907-916

16. Lux  CT,  Yoshimoto  M,  McGrath  K,  Conway  SJ,  Palis  J,  Yoder  MC 

(2008)  All  primitive  and  definitive  hematopoietic  progenitor  cells 

emerging before E10 in the mouse embryo are products of the yolk 

sac. Blood 111: 3435-3438

17. Rhodes KE, Gekas C, Wang Y, Lux CT, Francis CS, Chan DN, Con-

way S, Orkin SH, Yoder MC, Mikkola HK (2008) The Emergence of 

hematopoietic stem cells is initiated in the placental vasculature in the 

absence of circulation. Cell Stem Cell 2: 252-263

18. Medvinsky A, Dzierzak E (1996) Definitive hematopoiesis is autono-

mously initiated by the AGM region. Cell 86: 897-906

19. Müller  AM,  Medvinsky  A,  Strouboulis  J,  Grosveld  F,  Dzierzakt  E 

(1994) Development of hematopoietic stem cell activity in the mouse 

embryo. Immunity 1: 291-301

20. de Bruijn MF, Speck NA, Peeters MC, Dzierzak E (2000) Definitive he-

matopoietic stem cells first develop within the major arterial regions of 

the mouse embryo. EMBO J 19: 2465-2474

21. Gekas C, Dieterlen-Lièvre F, Orkin SH, Mikkola HKA (2005) The pla-

centa is a Niche for hematopoietic stem cells. Develop Cell 8: 365-375

22. Ema H, Nakauchi H (2000) Expansion of hematopoietic stem cells in 

the developing liver of a mouse embryo. Blood 95: 2284-2288

23. Sabin FR (1920) Studies on the origin of blood vessels and of red corpu-

scules as seen in the living blastoderm of the chick during the second 

background image

370

 

www.postepybiochemii.pl

day of incubation: contributions to embryology. Contrib Embryol 9: 

213-262

24. Murray PDF (1932) The development in vitro of the blood of the early 

chick embryo. Proc R Soc Lond 11: 497-521

25. Choi K, Kennedy M, Kazarov A, Papadimitriou JC, Keller G (1998) A 

common precursor for hematopoietic and endothelial cells. Develop-

ment 125: 725-732

26. Kennedy M, Firpo M, Choi K, Wall C, Robertson S, Kabrun N, Keller 

G (1997) A common precursor for primitive erythropoiesis and defini-

tive haematopoiesis. Nature 386: 488-493

27. Fehling HJ, Lacaud G, Kubo A, Kennedy M, Robertson S, Keller G, 

Kouskoff V (2003) Tracking mesoderm induction and its specification 

to the hemangioblast during embryonic stem cell differentiation. De-

velopment 130: 4217-4227

28. Huber TL, Kouskoff V, Fehling HJ, Palis J, Keller G (2004) Haeman-

gioblast commitment is initiated in the primitive streak of the mouse 

embryo. Nature 432: 625-630

29. Vogeli KM, Jin S-W, Martin GR, Stainier DYR (2006) A common pro-

genitor for haematopoietic and endothelial lineages in the zebrafish 

gastrula. Nature 443: 337-339

30. Mandal L, Banerjee U, Hartenstein V (2004) Evidence for a fruit fly he-

mangioblast and similarities between lymph-gland hematopoiesis in 

fruit fly and mammal aorta-gonadal-mesonephros mesoderm. Nature 

Genet 36: 1019-1023

31. Weng W, Sukowati EW, Sheng G (2007) On hemangioblasts in chic-

ken. PLoS ONE 2: e1228

32. Lugus JJ, Park C, Ma YD, Choi K (2009) Both primitive and definitive 

blood cells are derived from Flk-1+ mesoderm. Blood 113: 563-566

33. Shalaby F, Rossant J, Yamaguchi TP, Gertsenstein M, Wu XF, Breitman 

ML, Schuh AC (1995) Failure of blood-island formation and vasculo-

genesis in Flk-1-deficient mice. Nature 376: 62-66

34. Ueno H, Weissman IL (2006) Clonal analysis of mouse development 

reveals a polyclonal origin for yolk Sac blood islands. Develop Cell 11: 

519-533

35. Lancrin  C,  Sroczynska  P,  Serrano  AG,  Gandillet  A,  Ferreras  C,  Ko-

uskoff V, Lacaud G (2009) Blood cell generation from the hemangio-

blast. J Mol Med 88: 167-172

36. Dieterlen-Lièvre F, Martin C (1981) Diffuse intraembryonic hemopoie-

sis in normal and chimeric avian development. Dev Biol 88: 180-191

37. Garcia-Porrero  JA,  Godin  IE,  Dieterlen-Lièvre  F  (1995)  Potential  in-

traembryonic hemogenic sites at pre-liver stages in the mouse. Anat 

Embryol 192: 425-435

38. Tavian M, Coulombel L, Luton D, Clemente HS, Dieterlen-Lièvre F, 

Péault B (1996) Aorta-associated CD34+ hematopoietic cells in the ear-

ly human embryo. Blood 87: 67-72

39. Jordan HE (1917) Aortic cell clusters in vertebrate embryos. Proc Natl 

Acad Sci USA 3: 149-156

40. Nishikawa SI, Nishikawa S, Kawamoto H, Yoshida H, Kizumoto M, 

Kataoka H, Katsura Y (1998) In vitro generation of lymphohematopo-

ietic cells from endothelial cells purified from murine embryos. Immu-

nity 8: 761-769

41. Nishikawa SI, Nishikawa S, Hirashima M, Matsuyoshi N, Kodama H 

(1998) Progressive lineage analysis by cell sorting and culture identi-

fies FLK1+VE-cadherin+ cells at a diverging point of endothelial and 

hemopoietic lineages. Development 125: 1747-1757

42. Yokomizo T, Ogawa M, Osato M, Kanno T, Yoshida H, Fujimoto T, 

Fraser S, Nishikawa S, Okada H, Satake M, Noda T, Nishikawa S, Ito Y 

(2001) Requirement of Runx1/AML1/PEBP2αB for the generation of 

haematopoietic cells from endothelial cells. Genes Cells 6: 13-23

43. de Bruijn MF, Ma X, Robin C, Ottersbach K, Sanchez MJ, Dzierzak E 

(2002) Hematopoietic stem cells localize to the endothelial cell layer in 

the midgestation mouse aorta. Immunity 16: 673-683

44. Taoudi S, Medvinsky A (2007) Functional identification of the hema-

topoietic stem cell niche in the ventral domain of the embryonic dorsal 

aorta. Proc Natl Acad Sci USA 104: 9399-9403

45. Taoudi S, Gonneau C, Moore K, Sheridan JM, Blackburn CC, Taylor E, 

Medvinsky A (2008) Extensive hematopoietic stem cell generation in 

the AGM region via maturation of VE-cadherin+CD45+ pre-definitive 

HSCs. Cell Stem Cell 3: 99-108

46. Matsubara A, Iwama A, Yamazaki S, Furuta C, Hirasawa R, Morita Y, 

Osawa M, Motohashi T, Eto K, Ema H, Kitamura T, Vestweber D, Na-

kauchi H (2005) Endomucin, a CD34-like sialomucin, marks hemato-

poietic stem cells throughout development. J Exp Med 202: 1483-1492

47. Bertrand JY, Giroux S, Golub R, Klaine M, Jalil A, Boucontet L, Godin 

I, Cumano A (2005) Characterization of purified intraembryonic he-

matopoietic stem cells as a tool to define their site of origin. Proc Natl 

Acad Sci USA 102: 134-139

48. Jaffredo T, Gautier R, Eichmann A, Dieterlen-Lièvre F (1998) Intraaor-

tic hemopoietic cells are derived from endothelial cells during ontoge-

ny. Development 125: 4575-4583

49. Zovein AC, Hofmann JJ, Lynch M, French WJ, Turlo KA, Yang Y, Bec-

ker MS, Zanetta L, Dejana E, Gasson JC, Tallquist MD, Iruela-Arispe 

ML (2008) Fate tracing reveals the endothelial origin of hematopoietic 

stem cells. Cell Stem Cell 3: 625-636

50. Lam EYN, Hall CJ, Crosier PS, Crosier KE, Flores MV (2010) Live ima-

ging of Runx1 expression in the dorsal aorta tracks the emergence of 

blood progenitors from endothelial cells. Blood 116: 909-914

51. Bertrand JY, Chi NC, Santoso B, Teng S, Stainier DY, Traver D (2010) 

Haematopoietic stem cells derive directly from aortic endothelium du-

ring development. Nature 464: 108-111

52. Kissa K, Herbomel P (2010) Blood stem cells emerge from aortic endo-

thelium by a novel type of cell transition. Nature 464: 112-115

53. Boisset J-C, van Cappellen W, Andrieu-Soler C, Galjart N, Dzierzak E, 

Robin C (2010) In vivo imaging of haematopoietic cells emerging from 

the mouse aortic endothelium. Nature 464: 116-120

54. Boisset J-C, Robin C (2012) On the origin of hematopoietic stem cells: 

progress and controversy. Stem Cell Res 8: 1-13

55. Lancrin C, Sroczynska P, Stephenson C, Allen T, Kouskoff V, Lacaud 

G (2009) The haemangioblast generates haematopoietic cells through a 

haemogenic endothelium stage. Nature 457: 892-895

56. Eilken HM, Nishikawa S-I, Schroeder T (2009) Continuous single-cell 

imaging of blood generation from haemogenic endothelium. Nature 

457: 896-900

57. Shivdasani RA, Mayer EL, Orkin SH (1995) Absence of blood forma-

tion in mice lacking the T-cell leukaemia oncoprotein tal-1/SCL. Natu-

re 373: 432-434

58. Schlaeger  TM,  Mikkola  HKA,  Gekas  C,  Helgadottir  HB,  Orkin  SH 

(2005) Tie2Cre-mediated gene ablation defines the stem-cell leukemia 

gene (SCL/tal1)-dependent window during hematopoietic stem-cell 

development. Blood 105: 3871-3874

59. D’Souza SL, Elefanty AG, Keller G (2005) SCL/Tal-1 is essential for 

hematopoietic commitment of the hemangioblast but not for its deve-

lopment. Blood 105: 3862-3870

60. Wareing S, Mazan A, Pearson S, Göttgens B, Lacaud G, Kouskoff V 

(2012)  The  Flk1-Cre-mediated  deletion  of  ETV2  defines  its  narrow 

temporal requirement during embryonic hematopoietic development. 

Stem Cells 30: 1521-1531

61. Lee D, Park C, Lee H, Lugus JJ, Kim SH, Arentson E, Chung YS, Go-

mez G, Kyba M, Lin S, Janknecht R, Lim DS, Choi K (2008) ER71 Acts 

Downstream of BMP, Notch, and Wnt Signaling in Blood and Vessel 

Progenitor Specification. Cell Stem Cell 2: 497-507

62. Wareing S, Eliades A, Lacaud G, Kouskoff V (2012) ETV2 expression 

marks blood and endothelium precursors, including hemogenic endo-

thelium, at the onset of blood development. Dev Dyn 241: 1454-1464

63. Kataoka H, Hayashi M, Nakagawa R, Tanaka Y, Izumi N, Nishikawa 

S, Jakt ML, Tarui H, Nishikawa S (2011) Etv2/ER71 induces vascular 

mesoderm from Flk1+PDGFR+ primitive mesoderm. Blood 118: 6975-

6986

64. Wang Q, Stacy T, Binder M, Marin-Padilla M, Sharpe AH, Speck NA 

(1996) Disruption of the Cbfa2 gene causes necrosis and hemorrhaging 

in  the  central  nervous  system  and  blocks  definitive  hematopoiesis. 

Proc Natl Acad Sci USA 93: 3444-3449

65. Okuda T, van Deursen J, Hiebert SW, Grosveld G, Downing JR (1996) 

AML1, the target of multiple chromosomal translocations in human 

background image

Postępy Biochemii 59 (4) 2013 

371

Śródbłonek krwiotwórczy — ontogeneza i rola w hematopoezie

Patrycja Sroczyńska

*

Biotech Research and Innovation Centre (BRIC), University of Copenhagen, Ole Maaløes Vej 5, 2200 Kopenhaga, Dania

*

e-mail: patrycja.sroczynska@bric.ku.dk

Słowa kluczowe: hematopoeza, śródbłonek, hemangioblast, zarodek

STRESZCZENIE

Przez długi czas uważano, że linie komórek śródbłonkowych i hematopoetyczych rozwijają się ze wspólnej komórki prekursorowej, heman-

gioblastu. Z drugiej strony, obserwowano skupiska komórek hematopoetycznych w aorcie grzbietowej zarodka tworzące się w bezpośrednim 

sąsiedztwie komórek śródbłonka ściany aorty. Doprowadziło to do sformułowania hipotezy, że subpopulacja komórek śródbłonkowych, 

zwana śródbłonkiem krwiotwórczym, jest źródłem komórek hematopoetycznych. Ostatnie badania z wykorzystaniem obrazowania poklat-

kowego, warunkowego znakowania komórek in vivo oraz różnicowania zarodkowych komórek macierzystych dostarczyły nowych dowodów 

na istnienie zarówno hemangioblastów jak i śródbłonka krwiotwórczego. Co ważne, te pozornie sprzeczne teorie mogą zostać połączone w 

jeden model różnicowania komórek linii hematopoetycznej i śródbłonkowej z mezodermy.

leukemia, is essential for normal fetal liver hematopoiesis. Cell 84: 321-

330

66. Lacaud  G,  Gore  L,  Kennedy  M,  Kouskoff  V,  Kingsley  P,  Hogan  C, 

Carlsson L, Speck N, Palis J, Keller G (2002) Runx1 is essential for he-

matopoietic commitment at the hemangioblast stage of development 

in vitro. Blood 100: 458-466

67. Yokomizo T, Hasegawa K, Ishitobi H, Osato M, Ema M, Ito Y, Yama-

moto M, Takahashi S (2008) Runx1 is involved in primitive erythropo-

iesis in the mouse. Blood 111: 4075-4080

68. Chen  MJ,  Yokomizo  T,  Zeigler  BM,  Dzierzak  E,  Speck  NA  (2009) 

Runx1 is required for the endothelial to haematopoietic cell transition 

but not thereafter. Nature 457: 887-891

69. Li Z, Chen MJ, Stacy T, Speck NA (2006) Runx1 function in hematopo-

iesis is required in cells that express Tek. Blood 107: 106-110

70. Liakhovitskaia A, Gribi R, Stamateris E, Villain G, Jaffredo T, Wilkie 

R, Gilchrist D, Yang J, Ure J, Medvinsky A (2009) Restoration of Runx1 

expression in the Tie2 cell compartment rescues definitive hematopo-

ietic stem cells and extends life of Runx1 knockout animals until birth. 

Stem Cells 27: 1616-1624

71. Iacovino M, Chong D, Szatmari I, Hartweck L, Rux D, Caprioli A, Cle-

aver O, Kyba M (2010) HoxA3 is an apical regulator of haemogenic 

endothelium. Nat Cell Biol 13: 72-78

72. Cheng X, Huber TL, Chen VC, Gadue P, Keller GM (2008) Numb me-

diates the interaction between Wnt and Notch to modulate primitive 

erythropoietic  specification  from  the  hemangioblast.  Development 

135: 3447-3458

73. Hirschi KK (2012) Hemogenic endothelium during development and 

beyond. Blood 119: 4823-4827