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LRP2/Megalin ist ein Rezeptor der LDL-Rezeptor Genfamilie mit essentieller Funktion in der Entwicklung des Zentralnervensystems. Der Rezeptor wird im Neuroepithel des Embryos exprimiert und steuert die Ausbildung der Vorderhirnstrukturen. In weiteren Untersuchungen an LRP2-defizienten Mäusen konnte ich zeigen, dass der Verlust der Expression des Rezeptors in adulten Tieren zu einer Beeinträchtigung der Proliferation neuronaler Vorläuferzellen in der subventrikulären Zone (SVZ) des lateralen Ventrikels führt. Infolgedessen war die Anzahl der Neuroblasten reduziert, die zum olfaktorischen Bulbus wandern und dort zu Interneuronen differenzieren. Anhand immunhistologischer Untersuchungen konnte ich nachweisen, dass der Verlust von LRP2 zu einer verminderten Anzahl GFAP-positiver Zellen, die auch die neuronalen Stammzellen (Typ B Zellen) umfassen, führt. Weiterhin wiesen LRP2 Mutanten eine Reduktion in den Signalen für Nestin, DLX2, PSA-NCAM und DCX. Meine derzeitige Hypothese besagt daher, dass LRP2 ebenso wie im embryonalen Neuroepithel auch in der adulten neuronalen Stammzellnische eine Rolle bei der Regulation der BMP4 Signalwege spielt. Dies wird möglicherweise durch Endozytose-vermittelte Aufnahme mit anschließendem Abbau des Morphogens durch LRP2 vermittelt, wie es bereits in vitro gezeigt werden konnte. BMP4 hat im Wesentlichen eine anti-proliferative Wirkung. Eine exakt gesteuerte Regulation der Konzentration dieses Morphogens ist daher eine Vorraussetzung für ein Neurogenese-permissives Milieu in der adulten neurogenen Stammzellnische. Die Ergebnisse meiner Arbeit entschlüsseln eine neue Rolle von LRP2 in der adulten Neurogenese. Die Expression des Rezeptors im Ependym des lateralen Ventrikels ist essentiell für die Regulation der BMP Signalwege in der neurogenen Stammzellnische. / LRP2 (also know as megalin) is a member of the low-density lipoprotein receptor gene family that plays an important role in regulation of neurogenesis in the embryonic neural tube. During early forebrain development, LRP2 deficiency leads to an increase in bone morphogenetic protein 4 (Bmp4) expression and signalling in the dorsal neuroepithelium, and a loss of sonic hedgehog (Shh) expression in the ventral forebrain. In this thesis I demonstrate that LRP2 is expressed in ependymal cells of the lateral ventricles in the adult brain. Intriguingly, expression is restricted to the ependyma that faces the stem cell niche. Expression is not seen in ependyma elsewhere in the lateral ventricles or in the dentate gyrus, the second neurogenic zone of the adult mouse brain. I further show that lack of LRP2 expression in adult mice results in impaired proliferation of neural precursor cells in the SVZ resulting in a decreased number of neuroblasts reaching the olfactory bulb. Using immunohistological detection of marker proteins, absence of LRP2 was shown mainly to affect the GFAP-positive neuronal precursor cell population in the SVZ (B cells). Furthermore, Lrp2 mutant mice also showed a decrease in the signals for nestin, DLX2, PSA-NCAM and DCX. Reduced neurogenesis in the SVZ in LRP2-deficient mice coincides with a significant increase in BMP2/4 expression and enhanced activation of downstream mediators Phospho-SMAD1/5/8 and ID3 in the stem cell niche. My findings revealed a novel regulatory pathway whereby LRP2 down-regulates BMP signaling to modulate the instructive microenvironment of the SVZ and to enable adult neurogenesis to proceed. Thus, LRP2 plays a crucial role in regulating BMP-signaling levels in the adult SVZ, highlighting the unique role of ependymal cells in this stem cell niche. The underlying mechanism of LRP2 action in control of neurogenesis may thus be conserved between the embryonic and adult brain.

LRP2 wird waehrend der fruehen Embryonalentwicklung hauptsaechlich im Dottersack und im Neuroepithel exprimiert. Der funktionelle Verlust dieses 600 kDa grossen Proteins in Maeusen fuehrt zu Fehlbildungen bei der Vorderhirnentwicklung, die als Holoprosenzephalie bezeichnet werden. LRP2 kommt daher eine wichtige Funktion waehrend der Vorderhirnentwicklung zu. Fuer diese Arbeit wurden Maeuse verwendet, bei denen lrp2 im gesamten Tier oder nur in bestimmten Geweben inaktiviert war. Die Expression von LRP2 im Neuroepithel, nicht aber im Dottersack ist wichtig fuer die korrekte Vorderhirnentwicklung. Das Fehlen des Proteins fuehrte am Tag 9.5 der Embryonalentwicklung zu einer UEberaktivierung des Bmp4 Signalweges im rostralen Telencephalon. Am Tag 10.5 war ein Verlust der shh-Expression in der anterioren entopeduncularen Zone (AEP) zu sehen. Das Fehlen von Shh in der AEP fuehrte zum Verlust von ventralen Oligodendrozyten und Interneuronen. AEhnliche Defekte wurden ebenfalls in Maeusen beschrieben, bei denen der Bmp4 Signalweg verstaerkt ist. Bmp4 bindet in vitro an LRP2. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass LRP2 an der Entwicklung des ventralen Telencephalons beteiligt ist - moeglicherweise indem es die verfuegbare Menge an Bmp4 durch Endozytose reguliert. Die Signalwege, in die LRP2 eingebunden ist, sollten im Zebrafisch weiter untersucht werden. Tiere, denen funktionelles LRP2 fehlte, wurden durch die Injektion von Morpholinos generiert. Injizierte Tiere zeigten Stoerungen bei Resorptionsvorgaengen im Pronephros, was darauf hin deutet, dass die Funktion von LRP2 im Zebrafisch Pronephros und in der Niere der Saeugetiere konserviert ist. Die Expressionsmuster von Markergenen fuer die Vorderhirnentwicklung waren allerdings normal.Vermutlich war die Stoerung der lrp2-mRNA Prozessierung nicht ausreichend, um hier einen Effekt hervorzurufen, da bereits im 1-Zell Stadium genuegend komplett prozessierte maternale lrp2-mRNA fuer die Translation von LRP2 vorhanden war. / LRP2 is mainly expressed in the yolk sac and in the neuroepithelium of the early embryo. Deficiency for this 600 kDa protein in mice results in holoprosencephaly, indicating a role for LRP2 in forebrain development. Mice with a complete or a conditional loss of lrp2 function were used to elucidate the consequences of the lack of LRP2 expression. The presence of LRP2 in the neuroepithelium but not in the yolk sac is crucial for early forebrain development. Lack of the receptor resulted in an increase of Bmp4 signaling in the rostral telencephalon at E9.5. As a consequence, shh expression at E10.5 was lost completely in a ventral region of the telencephalon termed anterior entopeduncular area (AEP). The absence of Shh activity in this area led to the loss of ventrally induced oligodendroglial and interneuronal cell populations in lrp2-deficient mice. Similar dorsalizing effects have also been observed in mice with increased Bmp4 signaling. Taking into account that Bmp4 was found to bind to LRP2 in vitro and in vivo, these results suggest a role for LRP2 in patterning the rostral ventral neural tube, possibly by acting as a clearance receptor for Bmp4. The underlying molecular mechanisms were then further analyzed in the zebrafish. LRP2-deficient animals were generated by injecting Morpholinos that interfered with the splicing of the lrp2-pre-mRNA leading to a deletion of the transmembrane-exon. Injected animals suffered from impaired renal clearance processes, demonstrating the functional conservation of LRP2 in the larval zebrafish pronephros. Brain structures were not affected in these animals and the expression patterns of marker genes for early forebrain development that were changed in the mouse were not changed. Apparently, Morpholino mediated interfering with the splicing of the lrp2-pre-mRNA did not affect the early forebrain formation because properly processed lrp2-mRNA was supplied maternally and sufficient for proper brain formation.