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Characterization of Thrombospondin-1 as novel ligand for the Reelin pathway receptors ApoER2 and VLDLR in the postnatal mouse brain
Sophia Maria Blake
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Betreuer*in
Johannes Nimpf
DOI
10.25365/thesis.3555
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29265.05684.694570-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Zwei Mitglieder der LDLR Familie, ApoER2 und VLDLR, sind Rezeptoren des extrazellulären Glycoproteins Reelin, welches während der embryonalen Hirnentwicklung eine Signaltransduktionskasde zur korrekten Etablierung des zerebralen Kortex initiiert. Kürzlich wurde der Reelin Signalweg auch als entscheidender Faktor während der postnatalen Migration neuronaler Vorläuferzellen im Vorderhirn von Mäusen identifiziert wo es an der Etablierung des rostral migratory streams (RMS) beteiligt ist. Der RMS ist eine aus tangential migrierenden neuronalen Vorläuferzellen gebildete Struktur, welche in der postnatalen neuronalen Stammzellnische, der Subventrikulärzone (SVZ), entstehen und in die rostralste Region des Mäusehirns, den olfaktorischen Bulbus (OB), wandern. Mausmodelle in denen Komponenten der Reelin Signaltransduktionskaskade deletiert wurden, wie apoER2-/-/vldlr-/-, dab1-/- und reelin-/- Mäuse, weisen einen schwerwiegenden Defekt in der Bildung des RMS auf, da neuronale Vorläuferzellen in der SVZ verharren und keine Migration entlang des RMS starten können. Interessanterweise wird Reelin, der bisher einzige bekannte Ligand für den Signalweg, weder in der SVZ noch im RMS exprimiert, während ApoER2 und Dab1 sehr wohl in diesen Regionen lokalisiert sind. Die Präsenz dieser essentiellen Komponenten impliziert, dass es andere Liganden als Reelin geben muss, die die Signaltransduktionskaskade aktivieren können um die Migration der postnatalen neuronalen Vorläuferzellen zu initiieren. Zielsetzung dieser Dissertation war es, Thrombospondin-1 (THBS-1) als neuen Liganden für ApoER2 und VLDLR im postnatalen Mäusehirn zu identifizieren und seine Rolle in der Migration neuronaler Vorläuferzellen im RMS zu charakterisieren. Es konnte gezeigt werden, dass Thrombospondin-1 sowohl in der SVZ als auch im RMS des postnatalen Mäusehirns exprimiert wird und daher eine interessanter Kandidaten für einen neuen Liganden des Reelin Signalwegs darstellt. In ELISA Studien konnten spezifische Bindungen von THBS-1 an ApoER2 und VLDLR mit sub-nanomolarer Affinität gezeigt werden. Weiters kann THBS-1, wie Reelin, die Phosphorylierung von Dab1 in primären neuronalen Kulturen induzieren jedoch nicht die Phosphorylierung von AKT oder die Degradation von Dab1. Weitere Gegensätze der beiden Liganden wurden in SVZ Migrations Assays sichtbar, in denen THBS-1 die Adhäsion neuronaler Vorläuferzellen bei der Bildung und Stabilisierung von Ketten induzierte, wogegen Reelin bereits existierende Ketten auflöste. Anhand von SVZ Explanten von THBS-1-/- Mäusen konnte weiters gezeigt werden, dass THBS-1 nicht nur hinreichend sondern auch notwendig für die Entstehung der postnatalen Kettenformation ist, da ein Fehlen von THBS-1 in den Explanten die Anzahl individueller Zellen deutlich erhöhte. Dieser adhäsive Effekt wird über ApoER2 und VLDLR vermittelt, da eine Blockierung dieser Rezeptoren mittels RAP den Einfluss von THBS-1 komplett aufhebt. Untersuchungen zur Hirnanatomie von THBS-1-/- Mäusen zeigten eine signifikante Erweiterung des RMS beim Eintritt in den OB und einen Verlust der kompakten Struktur der migrierenden Ketten. Außerdem konnten weniger neuronale Vorläuferzellen in den äußeren OB-Schichten dieser Mäuse gefunden werden. Zusammenfassend präsentiert diese Doktorarbeit neue in vitro und in vivo Daten über eine bisher unbekannte Funktion von THBS-1 in der Plastizität neuronaler Vorläuferzellketten im RMS des postnatalen Mäusegehirns. Diese Funktion wird von ApoER2 und VLDLR vermittelt und ist womöglich von der Anwesenheit von Dab1 abhängig, steht aber in klarem Gegensatz zum Reelin Signal welches die Auflösung neuronaler Vorläuferzellketten begünstigt.
Abstract
(Englisch)
The LDLR family members ApoER2 and VLDLR are receptors for the extracellular glycoprotein Reelin, triggering a signal transduction cascade that has been shown to be involved in the correct lamination of the cerebral cortex during embryonic brain development. More recently, Reelin signaling was linked to postnatal neuronal precursor migration in the murine forebrain in the formation of the rostral migratory stream (RMS). The RMS is a stream of tangentially migrating neuronal precursors originating in the postnatal neural stem cell niche, the subventricular zone (SVZ), and extending into the most rostral region of the mouse brain, the olfactory bulb (OB). Mouse mutants for the Reelin pathway modules, apoER2-/-/vldlr-/-, dab1-/- and reelin-/- all display a severe failure of RMS formation, with precursors remaining in the SVZ unable to initiate migration along the RMS. Quite intriguingly though, the only known functional ligand for the pathway, Reelin, is not expressed either in the SVZ or along the RMS while ApoER2 and Dab1 have been located to these regions, thus providing the necessary components for an active Reelin pathway. This suggests that other ligands besides Reelin commence the signal transduction cascade to initiate postnatal neuronal precursor migration. The aim of this thesis was to identify and functionally characterize Thrombospondin-1 (THBS-1) as a newly recognized ApoER2 and VLDLR ligand in the postnatal mouse brain and its function in neuronal precursor migration in the RMS. Thrombospondin-1 was shown to be expressed in the SVZ and RMS of the postnatal mouse brain thereby representing a good candidate ligand for the Reelin pathway. Subsequent ELISA studies confirmed specific binding of THBS-1 to ApoER2 and VLDLR with nanomolar affinity. Like Reelin, THBS-1 induced tyrosine phosphorylation of Dab1 in primary neurons but failed to induce phosphorylation of AKT and to initiate Dab1 degradation. More striking differences between the two ligands were revealed in SVZ migration assays where THBS-1 displayed a neuro-adhesive effect in initiating and maintaining neuronal precursor chain formation while Reelin dissolved existing chains. Using SVZ explants from THBS-1-/- mice, it was shown that THBS-1 is not only sufficient but also necessary for postnatal chain formation as lack of THBS-1 in SVZ explants drastically increased the number of single cells not organized into chains. This adhesive effect on chain formation was shown to be mediated by ApoER2 and VLDLR as blocking of these receptors by RAP completely abolished the THBS-1 effect to background level. Analyses of THBS-1-/- brain structures revealed a significant widening of the RMS in the region of entry into the OB with migratory chains failing to remain in their compact chain structure, and subsequently less neuronal precursors migrating into outer OB layers. Summarizing, this PhD thesis presents in vitro and in vivo data of a previously unknown function of THBS-1 in the plasticity of neuronal precursor chains in the postnatal brain within the RMS. This function is mediated by ApoER2 and might also depend on the presence of Dab1, but stands in clear contrast to the Reelin signal that promotes disintegration of neuronal precursor chains.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
postnatal neuronal migration Reelin receptors rostral migratory stream Thrombospondin-1
Schlagwörter
(Deutsch)
postnatale neuronale Migration Reelin Rezeptoren rostral migratory stream Thrombospondin-1
Autor*innen
Sophia Maria Blake
Haupttitel (Englisch)
Characterization of Thrombospondin-1 as novel ligand for the Reelin pathway receptors ApoER2 and VLDLR in the postnatal mouse brain
Paralleltitel (Deutsch)
Identifizierung von Thrombospondin-1 als neuer Ligand für die Reelin Signalweg Rezeptoren ApoER2 und VLDLR im postnatalen Maushirn
Publikationsjahr
2008
Umfangsangabe
75 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Juan Manuel Luque Galvez ,
Friedrich Propst
Klassifikation
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC05039560
Utheses ID
3119
Studienkennzahl
UA | 091 | 490 | |