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Neureguline (NDF, Heregulin, GGF ARIA, oder SMDF) sind EGF-ähnliche, extrazelluläre Signalmoleküle, die mit transmembranären Tyrosinkinaserezeptoren der ErbB-Familie interagieren. Neuregulin-1/ErbB Signale steuern während der Embryonalentwicklung und im adulten Organismus vielfältige zelluläre Prozesse, wie z. B. Proliferation, Migration und Differenzierung. In der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle des Neuregulin-1/ErbB Signalsystems in der Entwicklung von Neuralleistenzellen und sich daraus entwickelnden Komponenten des peripheren Nervensystems (sympathisches Nervensystem und periphere Glia) untersucht. Neuregulin-1 Signale werden in Neuralleistenzellen und ihren Gliaderivaten durch ErbB2/ErbB3 Rezeptor-Heterodimere übertragen. Mit Hilfe von Mäusen mit gezielter Mutation (knock-out) des Neuregulin-1, ErbB2 oder ErbB3 Gens wurde gezeigt, daß Neuregulin-1/ErbB2/3 Signale die Migration sympathogener Neuralleistenzellen steuern. Mutante Tiere entwickeln daher eine hochgradige Hypoplasie des sympathischen Nervensystems. Neuregulin-1 Signale kontrollieren darüber hinaus die Entwicklung von Schwann Zellen. Die Unterbrechung des Neuregulin-1/ErbB2/3 Signalwegs in mutanten Mäusen führt zum Verlust von Schwann Zellen während der Embryogenese. Es wurde außerdem gezeigt, daß der Transkriptionsfaktor Sox10 die Expression von ErbB3 in Neuralleistenzellen kontrolliert. Sox10 und ErbB3 Mutanten besitzen daher übereinstimmende Defekte in der Neuralleistenzellentwicklung. Neben den ErbB3-abhängigen Funktionen von Sox10 wurde eine ErbB3-unabhängige Schlüsselfunktion von Sox10 bei der Differenzierung von Neuralleistenzellen zu peripherer Glia identifiziert. Das Neuregulin-1/ErbB2/3 Signalsystem und der Transkriptionsfaktor Sox10 besitzen also gemeinsam zentrale Funktionen in der Entwicklung peripherer Glia, steuern diesen Prozess aber über unterschiedliche Mechanismen und während unterschiedlicher Entwicklungsphasen. Sox10, ErbB2 und ErbB3 mutante Mäuse entwickeln neben dem Verlust von Schwann Zellen eine sekundäre Degeneration begleitender sensorischer und motorischer Neurone. Dies zeigt, daß periphere Glia Signale generiert, die essentiell sind für Integrität und Überleben begleitender Neurone. / Neuregulins (NDF, heregulin, GGF ARIA, or SMDF) are EGF-like growth and differentiation factors that signal through tyrosine kinase receptors of the erbB family. The neuregulin-1 proteins and their receptors play essential roles during embryonic development and in the adult. Functions of the neuregulin/erbB signaling system in developing neural crest cells and their derivatives (sympathetic nervous system, peripheral glial cells) were analyzed in mice with targeted mutations in the erbB2, erbB3, or neuregulin-1 genes. All three mutations cause severe hypoplasia of the primary sympathetic ganglion chain, and migration of sympathogenic neural crest cells to their target sites, where they differentiate into sympathetic neurons, depends on neuregulin-1 and its receptors. Neuregulin-1 signals are also essential for the development of Schwann cells. As a consequence, mice with targeted mutations in the neuregulin-1/erbB signaling system completely lack Schwann cells. Moreover, the HMG-box transcription factor sox10 is shown to control expression of erbB3 in neural crest cells. In accordance, sox10 and erbB3 mutant mice share phenotypes in the developing neural crest. Additionally, a novel, erbB3-independent developmental function of sox10 was identified: Sox10 is a key regulator for glial fate determination in undifferentiated neural crest cells. Thus, the transcription factor sox10 and the neuregulin-1/erbB signalling system both serve critical functions during development of peripheral glial cells. However, they act via different cellular mechanisms and during different developmental stages. At later developmental stages lack of peripheral glial cells in sox10, erbB2 and erbB3 mutant mice results in a severe degeneration of sensory and motor neurons. The comparison of the mutant phenotypes demonstrates, that peripheral glial cells generate essential signals for the survival and maintenance of accompanying neurons.

ErbB2 gehört zu den Klasse I Rezeptor-Tyrosinkinasen und funktioniert als Ko-rezeptor bei der Vermittlung des Neuregulin-Signals. Während der Embryonal-entwicklung wird ErbB2 im Herzen, in den Neuralleistenzellen, im Muskel und in den Epithelien exprimiert (Kokai et al. 1987). Embryonen mit einer Null-Mutation im ErbB2 Gen sterben am Tag 10,5 der Embryonalentwicklung. Die Mutation bewirkt eine morphogenetische Fehlbildung des Herzens, die durch das Fehlen von ventrikulären Trabekeln gekennzeichnet ist (Lee et al. 1995). Weiterhin zeigen diese Embryonen Defekte in den Kranialganglien und in der primären sympathischen Ganglien-Kette, die von Neuralleistenzellen gebildet werden (Lee et al. 1995; Erickson et al. 1997; Britsch et al. 1998). Die herzspezifische Expression von ErbB2 cDNA ermöglicht ErbB2-/- Tieren, sich bis zur Geburt zu entwickeln. Dies erlaubte mir, spätere Funktionen des Rezeptors zu untersuchen. In den geretteten ErbB2-/- Embryonen erfolgte die Bildung der ventrikulären Trabekel, der fingerähnlichen Ausstülpungen des Myokards, zwischen dem 9. und 10. Tag in der Embryonalentwicklung. In den späteren Phasen der intrauterinen Entwicklung war das Herz der geretteten Tiere normal ausgebildet. In den ErbB2-/-R Embryonen fehlten Schwann'sche Zellen entlang der peripheren Nerven. Die Abwesenheit von Schwann'schen Zellen führte zum massiven Absterben von sensorischen und motorischen Neuronen des Rückenmarkes. Dabei zeigten sensorische Neuronen eine frühe Abhängigkeit von neurotrophen Faktoren, die von Schwann'schen Zellen produziert werden, während Motoneuronen diese Faktoren in einer späteren Phase benötigen. Zusätzlich ist bekannt, daß sensorische Neuronen und Motoneuronen neurotrophe Fakten benötigen, die von den Zielorganen, z.B. den Muskeln, produziert werden. Motoneuronen im thorakalen Rückenmark sind nur minimal betroffen, während die Degeneration von Moto-neuronen in den zervikalen und lumbalen Segmenten stark ausgeprägt ist. Verschiedene Motoneuron-Typen unterscheiden sich also in ihrer Abhängigkeit von neurotrophen Signalen. Weiterhin sind die peripheren Nerven der ErbB2-/-R Tiere defaszikuliert und ungeordnet. Der N. phrenicus, der das Diaphragma innerviert, retrahiert und ist am Tag 17 der Entwicklung vollständig degeneriert. Deshalb können die mutanten Tiere bei der Geburt nicht atmen und sterben infolgedessen. Überraschenderweise erfolgt in den geretteten ErbB2-/-R Embryonen die post-synaptische Expression und Aggregation der Acetylcholin-Rezeptoren. Die Phäno-typen der ErbB2-/-R und ErbB3-/- mutanten Tieren sind sehr ähnlich. Dies zeigt, daß ErbB2 eine essentielle Korezeptor-Funktion für ErbB3 in der Vermittlung der Neuregulin-Signale übernimmt. / ErbB2 belongs to class I of receptor tyrosine kinases and functions as a co-receptor by the transduction of the neuregulin signal. During embryonic development the ErbB2 gene is expressed in the heart, neural crest, in muscle and epithelial cells (Kokai et al. 1987). Embryos with null mutation of the ErbB2 gene die at midgestation. The mutation causes a morphogenetic defect that results in the absence of trabecules (Lee et al. 1995). In addition the mutant embryos show defects in cranial ganglia and in the primary sympathetic ganglia chain (Lee et al. 1995; Erickson et al. 1997; Britsch et al. 1998). The heart specific expression of ErbB2 cDNA allowed the mutant animals to survive till birth. This enabels me to study the late function of the receptor. In rescued ErbB2-/- embryos the ventricular trabecules, which are finger-like extensions of the myocardium, form properly between E9 and E10 of embryonic development. At late stages of intrauteral development the hearts of the rescued animals showed an overall normal growth. ErbB2-/- embryos lack Schwann cells along peripheral nerves. The absence of Schwann cells leads to enormous degeneration of sensory and motoneurons. Whereas sensory neurons show an early dependency on neurotrophic factors produced by Schwann cells, motoneurons revealed requirement of these factors during the late phase of their development. Moreover it is known that sensory and motoneurons require neurotrophic factors which are produced by their target tissues such as muscle. Motoneurons at the thoracic level of the spinal cord are minimaly affected, whereas the degeneration of motoneurons at cervical and lumbar segments of the spinal cord are pronounced. This indicates that different motoneuron types differ in their dependency on neurotrophic signals. Furthermore axons of peripheral nerves in ErbB2-/-R (rescued) animals show defasciculation and desorganization. Nervous phrenicus, that innervates the diaphragm muscle retracts and degenerates entirely at E17 of embryonic development. As a result newborn animals can not breath and die shortly after birth. Surprisingly, the expression and aggregation of AchRs (Acetylcholine Receptors) take place in rescued ErbB2-/-R embryos. The overall phenotype of ErbB2-/-R embryos is very similar to that of ErbB3-/- embryos. This substantiates the essential function of ErbB2 as the functional co-receptor for ErbB3 to transmit the neuregulin signal.