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.

Die Signalübertragung durch Wnt/beta-Catenin stellt einen der wichtigsten Signalwege während der Embryogenese sowie im adulten Organismus dar. Die homologen Gerüstproteine Conductin und Axin stehen im Mittelpunkt eines zentralen Multiproteinkomplexes, der im Zytoplasma für die Regulation des Wnt/beta-Catenin-Signalwegs verantwortlich ist. In der vorliegenden Arbeit habe ich eine kombinierte genetische Analyse von Conductin und Axin in der Maus durchgeführt. Dazu habe ich mit Hilfe der Technik der homologen Rekombination das Conductin-Gen deletiert und ein Reportergen unter die Kontrolle des endogenen Conductin-Promotors gebracht. Im Weiteren habe ich festgestellt, dass der gemeinsame Verlust von Conductin und einem Axin-Allel (Con-/-;Ax+/-) zu Holoprosenzephalie (HPE) führt, die durch schwere kraniofazialen und Vorderhirndefekten in der Maus charakterisiert ist. Dabei zeigte die detaillierte Analyse eine genetische Interaktion des Wnt-Signalwegs mit dem Shh-Signalweg. Störungen im Shh-Signalweg sind auch beim Menschen für die Ausbildung von HPE verantwortlich gemacht worden. Daneben führt die gleichzeitige Abwesenheit von Conductin und Axin (Con-/-;Ax-/-) zum Verlust der anterior-posterioren Achse in einem frühen Entwicklungsstadium und zum Absterben der Embryonen nach dem Tag 6,5 der Entwicklung. Die vorliegende Arbeit zeigt, wie Unterschiede in der biologischen Bedeutung zweier funktionell redundanter Faktoren mit genetischen Methoden in der Maus aufgeklärt werden können. / The Wnt/beta-Catenin pathway represents one of the most important signaling cascades during development as well as in the adult organism. The homologous scaffolding proteins Conductin and Axin are the backbone of a central multi protein complex that is responsible for the tight regulation of the Wnt/beta-Catenin pathway in the cytoplasm. In the present study I have performed a combined genetic analysis of Conductin and Axin in the mouse. To this end I have deleted the Conductin gene by homologous recombination in embryonic stem cells and inserted a reporter gene under the control of the endogenous Conductin promoter. I could show that the simultaneous loss of Conductin and one Axin allele (Con-/-;Ax+/-) causes Holoprosencephaly (HPE), which is characterized by severe craniofacial and forebrain defects in the mouse. The detailed analysis of the mutant mice reveals a genetic interaction of Wnt and Shh signaling and defective Shh signaling has previously been implicated in the formation of HPE in human patients. Moreover, complete absence of both Conductin and Axin (Con-/-;Ax-/-) leads to loss of the anterior-posterior axis early in development and death of the embryos after E6.5. The present study exemplifies how differences in the biological function of two mechanistically redundant factors can be studied by genetic means in the mouse.