In dieser Arbeit wurde die Bedeutung der Cholesterinbiosynthese für die Em-bryonalentwicklung und für den Sonic Hedgehog (Shh)-Signalweg untersucht. Es wurde gezeigt, dass die Gene zahlreicher Enzyme der Cholesterinbiosyn-these einschließlich des rate limiting-Enzyms Hydroxymethylglutaryl-CoA-Reduktase (Hmgcr) während der Embryonalentwicklung in einem distinkten und einheitlichen Muster und entgegen allen Erwartungen nicht ubiquitär ex-primiert werden. Die Cholesterinbiosynthese findet spezifisch in Neuralleisten-derivaten sowie in Zielzellen des Shh-Signals statt und nicht in Organen, die im adulten Organismus Cholesterin synthetisieren (z. B. Leber, Darm). Es konnte ein starke Korrelation zwischen den identifizierten Geweben und solchen Ge-weben festgestellt werden, die in Cholesterinbiosynthese-Mutanten morpholo-gisch beeinträchtigt sind. Von den Ergebnissen der Genexpressionsanalyse ausgehend wurde in ei-ner umfassenden phylogenetischen Analyse ein mögliches morphogenetisches Potential von Cholesterinderivaten als Abkömmlingen des Retinsäurewegs un-tersucht. Das Resultat spricht für eine unabhängige Evolution von Retinsäure-, Steroid- und Oxysterol-Signalwegen, eine morphogenetische Kompetenz von Cholesterinderivaten liegt jedoch nahe. Um herauszufinden, welche Rolle Cholesterin in den Shh-Zielzellen spie-len könnte, wurde der Einfluß des Cholesterin-ähnlichen Shh-Inhibitors Cy-clopamin sowie unphysiologischen Cholesterinvorläufern auf verschiedene Aspekte der Shh-Signaltransduktion untersucht: Die Substanzen hatte keinen Einfluss auf die intrazelluläre vesikuläre Verteilung von Patched, dem Rezeptor von Shh, und auch nicht auf die Bindung von Shh an Patched. Die möglichen Angriffspunkte von Cyclopamin auf den Shh-Signalweg wurden dadurch we-sentlich eingeschränkt. Außerdem wurde herausgefunden, dass ShhN ohne Cholesterinmodifikati-on homodimerisiert und dass diese Interaktion ebenfalls nicht von Cyclopamin oder Cholesterinvorläufern beeinflusst wird. Für eine detaillierte Untersuchung des Einflusses von möglichen akti-ven Cholesterinderivaten auf die Shh-Signaltransduktion wurde schließlich ein Shh-responsiver Luciferasereporter konstruiert und in verschiedenen Zelllinien charakterisiert. Es zeigte sich, dass in Bakterien exprimiertes und aufgereinig-tes Shh-Protein (ohne seine native lipophile Modifikation) in keiner der getes-teten Zelllinien den Signalweg aktiviert, wohingegen eine Co-Expression von Shh in den Reporterzellen eine starke Aktivierung des Signals bewirkte. Abschließend wurde aus den erhaltenen Ergebnissen ein neues Modell ent-wickelt, das die Wirkung von Cholesterin auf den Shh-Signalweg beschreibt.     «

In dieser Arbeit wurde die Bedeutung der Cholesterinbiosynthese für die Em-bryonalentwicklung und für den Sonic Hedgehog (Shh)-Signalweg untersucht. Es wurde gezeigt, dass die Gene zahlreicher Enzyme der Cholesterinbiosyn-these einschließlich des rate limiting-Enzyms Hydroxymethylglutaryl-CoA-Reduktase (Hmgcr) während der Embryonalentwicklung in einem distinkten und einheitlichen Muster und entgegen allen Erwartungen nicht ubiquitär ex-primiert werden. Die Cholesterinbiosynthese findet spezifisc...     »

This work investigates the role of cholesterol biosynthesis in embryonic deve-lopment and the Sonic Hedgehog (Shh) signaling pathway. It was demonstrated that the genes of several cholesterogenic enzymes including the rate limiting enzyme hydroxymethylglutaryl-CoA reductase are expressed in a distinct and unique pattern. This was in striking contrast to the ubiquitous expression pat-tern expected for these genes. Fetal cholesterogenesis seems to take place in neural crest derivatives and in Shh target cells. Expression was neither found in organs mainly involved in adult cholesterol synthesis (liver and gut) nor was it restricted to strongly proliferating cells. Based on these results a comprehensive phylogenetic analysis was perfor-med to study a possible morphogenetic potential of cholesterol derivatives in analogy to retinoic acid signaling. The result suggests an independent evolution of retinoic acid, steroid, and oxysterol pathways. To further characterize the role of cholesterol in Shh target cells the influ-ence of cyclopamine and aberrant cholesterol precursors on several aspects of Shh signaling in the target cells was investigated: It was shown that the sterol-like compounds did neither affect the intracellular targeting of the Shh receptor Ptch nor the interaction of Shh with Ptch. The likely target site for cyclopamine action was thus considerably narrowed down. It could be also shown that unmodified ShhN (without cholesterol moiety) is able to dimerize. This interaction is not influenced by cyclopamine nor by cholesterol precursors. For further detailed investigations in cell culture a Shh responsive lucifera-se assay was established and characterized in several cell lines. It was found that Shh protein expressed and purified in bacteria (which lacks the native cho-lesterol modification) was not able to activate the signalling cascade while co-expression of Shh as well as Gli1 caused a strong activation. Finally, the obtained results were integrated to establish a new model des-cribing the action of cholesterol on Shh signalling.     «

This work investigates the role of cholesterol biosynthesis in embryonic deve-lopment and the Sonic Hedgehog (Shh) signaling pathway. It was demonstrated that the genes of several cholesterogenic enzymes including the rate limiting enzyme hydroxymethylglutaryl-CoA reductase are expressed in a distinct and unique pattern. This was in striking contrast to the ubiquitous expression pat-tern expected for these genes. Fetal cholesterogenesis seems to take place in neural crest derivatives and in Shh...     »