Expression of Apolipoprotein E Receptor 2 (ApoER2) and Very Low Density Lipoprotein Receptor (VLDLR), Reelin Receptors in Development of Cerebellar Cortex

Abstract

During brain development, reelin, an extracellular matrix protein regulates neuronal migration in the cerebral cortex, hippocampus, cerebellum and many other regions of mammalian brain. In the cortex, reelin is secreted by cajal-Retzius cells in the developing marginal zone and is required for inside-out layering of neurons in the cortical plate. Reelin binds to apolipoprotein E receptor 2 (ApoER2) and very low density lipoprotein receptor (VLDLR) that are members of lipoprotein receptor family, and induces the tyrosine phosphorylation of disabled1 (Dab1), an adaptor protein binding to cytoplasmic domain of reelin receptors. Mice lacking reelin, Dab1, or both VLDLR and ApoER2, show identical phenotype and provide strong evidence for the involvement of these proteins in the same signaling axis. In this study, we examined the correlation between the expression of reelin and VLDLR and ApoER2 during postnatal development of rat and mouse cerebellum. In developing rat and mouse cerebellum, the expression of VLDLR was prominent in developing molecular layer and proximal dendrites of Purkinje cells, whereas ApoER2 expression was mainly confined in Purkinje cells. In postnatal stages, the expression of both receptors was highest at postnatal day 7 and thereafter, significantly decreased. In reelin-deficient mice (reeler), ApoER2 level was not changed compared to wild type. However, VLDLR level in reeler was much higher than in wild type, showing that reelin may regulate the level of VLDLR rather than ApoER2 in cerebellar cortex formation. These results also suggested that VLDLR may primarily involve in the reelin-Dab1 signaling pathway in the postnatal development of cerebellar cortex.

세포외 (extracellular) 단백질 reelin은 뇌의 발생과정에서 대뇌의 피질과 해마 그리고 소뇌 등에서 층을 형성하고 신경세포의 이동을 조절하는 중요한 역할을 한다. 이 과정은 reelin이 lipoprotein receptor 계열에 속하는 very low density lipoprotein receptor (VLDLR) 또는 apolipoprotein E receptor 2 (ApoER2)에 결합하여 이들의 cytoplasmic domain에 결합하고 있는 disabled1 (dab1)의 tyrosine에 인산화를 유도함으로써 일어나는 과정으로 알려져 있다. Reelin, dab1 또는 VLDLR와 ApoER2 두 유전자가 모두 결여된 마우스에서 나타나는 대뇌 피질층은 정상과 다르게 역위되어 있고 소뇌의 경우 크기가 작고 foliation이 적게 나타나며 특히 조롱박세포 (Purkinje cell)가 군집하여 과립층의 깊은 곳에 전위되어 나타나는 것으로 관찰된다. 본 연구에서는 마우스와 래트를 이용하여 출생 후 충분한 성장이 관찰되는 소뇌를 통해 reelin과 VLDLR 또는 ApoER2의 발현에 따른 상관관계에 대해 조사하였다. 그 결과 VLDLR는 발생중인 분자층 (molecular layer)과 조롱박세포의 근위 가지돌기에서 높게 발현되었고, 반면에 ApoER2는 조롱박세포체 (Purkinje cell body)에서 제한적으로 발현하고 있음이 관찰되었다. 이 두 수용체의 발현은 생후 7일에서 현저히 증가하며 그 이후 감소하는 것으로 나타났다. 또한 VLDLR의 발현은 정상의 mouse에 비해 reelin 유전자가 결여된 reeler mouse에서 높게 나타났다. 하지만 ApoER2의 발현에는 차이를 보이지 않았다. 이상의 결과를 통해 소뇌피질의 형성에 중요한 reelin-dab1 신호전달과정은 VLDLR를 중심으로 매개되며, 이 수용체 발현은 reelin에 의해 조절될 가능성을 제시한다.