Spezifisches Membrantargeting der Reelin Rezeptoren

Während der Entwicklung des Zentralnervensystems wird Reelin von spezialisierten Neuronen gebildet und sezerniert. Reelin bindet an Apolipoprotein E Rezeptor 2 (ApoER2) und an Very low density Lipoprotein Rezeptor (VLDLR), die beide an der Zelloberfläche von neugebildeten Neuronen exprimiert werden. Damit induziert Reelin eine Signalkaskade, die die korrekte Positionierung dieser Neuronen in bestimmten Strukturen des sich bildenden Zentralnervensystems bewirkt. Die Bindung von Reelin an diese Rezeptoren bewirkt in den Targetzellen die Phosphorylierung von Dab1, einem Adapterprotein, das an die intrazellulären Domainen beider Rezeptoren bindet. Die Phosphorylierung von Dab1 wird durch Liganden-induziertes Rezeptor-Clustering ausgelöst. Obwohl beide Reelin Rezeptoren für das Fehlen des jeweiligen anderen Rezeptors zum Großteil kompensieren können, haben Mäuse, denen jeweils einer der beiden Rezeptoren fehlt, einen subtilen Phenotyp, der sich je nach Rezeptor leicht unterscheidet. Vor kurzem konnten wir in unserem Labor zeigen, dass ApoER2 und VLDL Rezeptor in unterschiedlichen Domainen der Plasmamembran lokalisiert sind. Das läßt vermuten, dass ApoER2 und VLDL Rezeptor unterschiedliche Funktionen im Reelin Signalweg haben. Mittels eines neuartigen Zellsystem, das es erlaubt den Reelin Signalweg im grossen Maßstab zu charakterisiern, und primärer Neuronen genetisch veränderter Mäuse wollen wir die unterschiedliche Funktion beider Rezeptoren herausarbeiten. Dabei soll vor allem die Rezeptor-vermittelte Endozytose von Reelin, das intrazelluläre Rezeptortrafficking, und der Proteolytische Abbau der Rezeptoren untersucht werden. Wir erwarten uns, dass wir durch die Ergebnisse dieser Arbeiten einen zentralen Teil in der Reelin- Signaltransduktion im Detail beschreiben können und damit die Ausbildung und Entwicklung des Zentralnervensystems während der Embryonalentwicklung besser verstehen werden.

ApoER2 und VLDL Rezeptor sind im Zentralnervensystem als Signaltransduktoren im Reelinsignalweg beteiligt. Dieser Signalweg orchestriert die korrekte Positionierung von Neuronen während der Embryonalentwicklung in laminierten Strukturen des Zentralnervensystems. Während der Entwicklung der Großhirnrinde entstehen Neuronen in der Subventrikulärzone aus neuronalen Stammzellen. Diese neugeblideten Zellen wandern entlang von Gliafasern in Richtung der Hirnoberfläche, wo sie davor etablierte Neuronenschichten durchwandern und dann ganz aussen weitere neuronale Schichten bilden. Dieser Prozess wird von Reelin, einem extrazellulären Matrixprotein gesteuert. Dabei bindet Reelin an ApoER2 und den VLDL Rezeptor, zwei Membranrezeptoren, die von migrierenden Neuronen exprimiert werden. Durch diese Bindung wird in den Neuronen Dab1 phosphoryliert und somit ein intrazelluläres Signal induziert, das in weiterer Folge zur richtigen Positionierung dieser Zellen führt. Im ersten Teil dieses Projektes konnte eine Arbeit, die in einem Vorgängerprojekt gestartet wurde, zu einem erfolgreichen Abschluss gebracht werden. Dabei gelang es, eine bis zu diesem Zeitpunkt unbekannte Funktion von ApoER2 und VLDL Rezeptor bei der postnatalen Migration von Neuronen zu beschreiben. Bei Nagetieren ist die Entwicklung des Riechhirns bei der Geburt noch nicht abgeschlossen. Über den "rostral migratory stream" wandern Neuroblasten, die in der Subventrikulärzone neu gebildet werden, in das Riechhirn. Diese Wanderung wird ebenfals von ApoER2 und VLDLR und dem intrazellulären Protein Dab1 gesteuert, ist aber unabhängig von Reelin, das in diesen Strukturen nicht gebildet wird. Als relevanter Ligand konnte in diesem Fall Thrombospondin-1 charaterisiert werden. Die Funktion von ApoER2 und VLDLR in dieser Situation ist es die wandernden Neuronen in Ketten zu organisieren. Fehlen beide Rezeptoren, werden diese Ketten nicht gebildet, und die neugebildeten Neuroblasten akkumulieren in der Subventrikularzone. Als Resultat fehlt solchen Mäusen der "rostral migratory stream" und es kommt zu keiner postnatale Migration von Neuronen in das Riechhirn. Im zweiten Teil des Projektes konnten wir die unterschiedliche Funktion von ApoER2 und VLDL Rezeptor im Reelinsignalweg beschreiben. Diese beruht darauf, dass ApoER2 in den sogenannten "raft-Domainen" der Zellmembran sitzt während VLDL Rezeptor in den "nicht-raft-Domainen" zu finden ist. Durch diese unterschiedliche Lokalisation kommt es zu unterschiedlichen zellbiologischen Wegen, die diese Rezeptoren nach Bindung von Reelin nehmen. Dadurch wird eine unterschiedliche Feinregulierung des Signalweges erreicht, was die unterschiedliche Physiologie beider Reelin-Rezeptoren erklärt.