Genetische Analyse entwicklungsbiologischer Funktionen des Neuregulin-1/ErbB Signalsystems

Habilitationsschrift
zur Erlangung der Lehrbefähigung
für das Fach

Anatomie

vorgelegt der

Medizinischen Fakultät der Charité – Universitätsmedizin Berlin

von

Dr. med. Stefan Britsch

geboren am 07. August 1962 in Oberndorf am Neckar, Baden Württemberg

Dekan: Prof. Dr. Martin Paul

eingereicht:18. November 2003

Datum der Habilitation:18. Oktober 2004

Gutachter:
1. Prof. Dr. B. Brand-Saberi
2. Prof. Dr. J.H. Stehle

There is no science without fancy and no art without facts.

Vladimir Nabokov

meiner Mutter, Alice

(16.08.1936 – 25.08.2003)

Inhaltsverzeichnis

• 1.  Einführung – Molekulare Kontrolle der Entwicklung
• 2.  Genetische Analyse entwicklungsbiologischer Funktionen des Neuregulin-1/ErbB Signalsystems in der Maus
  • 2.1 Das Neuregulin-1/ErbB Signalsystem
  • 2.2  Funktionen von Neuregulin-1/ErbB2/3 Signalen während der Embryogenese der Maus
    • 2.2.1 Entwicklung von Neuralleistenzellen und ihren Derivaten
    • 2.2.2 Herzentwicklung
  • 2.3 Funktionen des Transkriptionsfaktors Sox10 in der Entwicklung des peripheren Nervensystems
    • 2.3.1 ErbB3-abhängige entwicklungsbiologische Funktionen von Sox10
    • 2.3.2 Sox10 als Schlüsselmolekül in der Entwicklung peripherer Gliazellen
  • 2.4 Neuregulin-1/ErbB Signalmutanten als genetische Werkzeuge
• 3.  Zusammenfassung
• 4.  Abkürzungsverzeichnis
• 5.  Literaturverzeichnis
• 6.  Anhang
  • 6.1 Lebenslauf
  • 6.2  Wissenschaftlicher Werdegang
  • 6.3  Publikationsverzeichnis
• 7.  Ausgewählte Publikationen
  • 7.1 The ErbB2 and ErbB3 receptors and their ligand, neuregulin–1, are essential for development of the sympathetic nervous system
  • 7.2  Peripheral nervous system defects in erbB2 mutants Following genetic rescue of heart development
  • 7.3  The transcription factor Sox10 is a key regulator of Peripheral glial development
  • 7.4  Conditional mutation of the ErbB2 (HER2) receptor in cardiomyocytes leads to dilated cardiomyopathy
  • 7.5  Neuregulin, a factor with many functions in the life of a Schwann cell
  • 7.6  Sensory Nerves Determine the Pattern of Arterial Differentiation and Blood Vessel Branching in the Skin
• 8.  Danksagungen
• 9.  Erklärungen, einschließlich eidesstattlicher Erklärung gemäß Habilitationsordnung der Charité
• EIDESSTATTLICHE VERSICHERUNG

Bilder

• Abbildung 2.1-1: Schematische Übersicht über die Struktur der Neuregulin Liganden-Familie. NRG-1, NRG-2, NRG-3 und NRG-4 werden durch unterschiedliche Gene kodiert. Gemeinsames Merkmal aller Neureguline ist eine EGF-ähnliche, extrazelluläre Domäne. Durch alternatives Spleißen in der C-terminalen Region der EGF Domäne entstehen α und β Isoformen mit unterschiedlicher Rezeptor Affinität. Über unterschiedliche Promotoren werden verschiedene Isoformen des NRG-1 Gens gebildet: Type I (NDF, HRG, oder ARIA), Type II (GGF) und Type III (SMDF, oder CRD-NRG-1). Sie unterscheiden sich durch die Struktur ihrer N-terminalen, extrazellulären Regionen. Type I NRG-1 ist durch eine stark glykosylierte Region und eine Immunglobulin-ähnliche Domäne (Ig) charakterisiert, Type II NRG-1 besitzt zudem eine N-terminal davon lokalisierte GGF-spezifische Kringle Domäne (nicht dargestellt), sowie eine N-terminale hydrophobe Region, Type III NRG-1 ist durch eine Cystein-reiche Domäne (CRD, SMDF Domäne) charakterisiert. Die CRD Domäne ist durch eine hydrophobe Region transmembranär lokalisiert, wodurch eine haarnadelförmige Anordnung von Type III NRG-1 in der Zellmembran entsteht. Nach proteolytischer Spaltung im Bereich der juxtamembranären Domäne kann ein membran-assoziierter Ligand in reverser Orientierung gebildet werden. NRG-1 Isoformen werden als primär sezernierte, oder membrangebundene Liganden gebildet, transmembranäre Vorläufer können sekundär proteolytisch freigesetzt werden. Wahrscheinliche, nicht gesicherte Bereiche, in denen Neuregulline proteolytisch gespalten werden, sind ebenfalls markiert. NRG-2 besitzt eine ähnliche Struktur wie Ig-haltige Isoformen von NRG-1. Für NRG-3 und -4 sind keine α und β Isoformen nachweisbar. NRG-4 unterscheidet sich am stärksten von den übrigen Neuregulinen, es besitzt lediglich eine extrazelluläre EGF-ähnliche Domäne und eine kurze zytoplasmatische Domäne. Weitere Details werden im Text dargestellt.
• Abbildung 2.1-2: Schematische Struktur der ErbB Tyrosinkinaserezeptor Familie. Dargestellt sind der Epidermal growth factor receptor (EGFR, ErbB1, oder HER1) und die drei Neuregulin-1 Rezeptoren ErbB2, ErbB3 und ErbB4. ErbB Rezeptoren besitzen einen einheitlichen Aufbau aus jeweils zwei Cystein-reichen extrazellulären Domänen (Cys Box 1 und 2), einer transmembranären Domäne (tm) und einer intrazytoplasmatischen Tyrosinkinase Domäne (TK). Beachte, daß ErbB3 im Gegensatz zu ErbB2 und Erbb4 keine biologisch relevante Tyrosinkinase Aktivität besitzt. Durch Heteromerisierung entstehen funktionelle Neuregulin-1 Rezeptoren (rechte Bildhälfte), wobei ErbB2/ErbB3 Heteromere im PNS, ErbB2/ErbB4 Heteromere u.a. im Herz Neuregulin-1 Signale übertragen.
• Abb. 2.2.1-1: Halbschematischer Querschnitt durch einen Wirbeltierembryo auf Höhe der Nebennierenanlage. In der linken Bildhälfte sind Migrationswege von undifferenzierten NCC und die Besiedlung von Organanlagen während der Neuralleistenzellentwicklung dargestellt. In der rechten Bildhälfte sind Neuralleistenzellderivate dargestellt (Nach Carlson, Patten’s Foundations of Embryology, 6th edition 1996).
• Abbildung 2.3-1: A, schematische Darstellung des Wildtyp Sox10 Proteins mit HMG-Box DNA-Bindungsdomäne (rot) und Transaktivierungsdomäne (TAD, blau) und des vom Dom Allel synthetisierten trunkierten Proteins. B, korrespondierende Aminosäuresequenzen beider Proteine. Die HMG-Box kodierenden Sequenzen wurden hellrot unterlegt. Beachte den Frameshift an Position 194 und das resultierende veränderte Leseraster mit vorzeitiger Termination an Position 292 (grün unterlegt) beim Dom Allel.