background image

Beyond Glycolysis: Aldolase A is a Novel Effector in Reelin Mediated Dendritic Development

Gavin D. Lagani

1

, Weiwei Lin

2, 3

, Sahana Natarajan

1

, Noah Lampl

2

, Evelyn R. Harper

1

, Andrew Emili

2

Uwe Beffert

1

, Angela Ho

1

1

Department of Biology, Boston University, 24 Cummington Mall, Boston MA 02215, USA 

2

Center for Network Systems Biology, Department of Biochemistry, Boston University Chobanian & 

Avedisian School of Medicine, Boston MA 02118, USA 

3

Department of Pharmacology, Physiology & Biophysics, Boston University Chobanian & Avedisian 

School of Medicine, Boston MA 02118, USA 

 

Abbreviated title

 (50-character max): Reelin mediated neurite growth requires aldolase A 

Corresponding author email address: 

Angela Ho at 

aho1@bu.edu

 

Number of pages: 

41

 

Number of figures: 

8

 

Number of tables: 

0

 

Number of words for abstract/introduction/discussion: 

246/545/1061

 

Conflict of interest: 

The authors declare no competing financial interests.

 

Acknowledgments: 

We would like to thank Dr. Dean Tolan who provided suggestions for this work. 

This work was supported by the National Institute of Aging Grants AG059762 and the Harold and 

Margaret Southerland Alzheimer’s Research Fund to U.B. and A.H.  

Author contributions: 

G.D.L.,

 

U.B., A.H. designed research; G.D.L., S.N., N.L. performed research; 

G.D.L., W.L., S.N., N.L. analyzed data; G.D.L., A.E., U.B., and A.H. provided supervision; G.D.L., U.B., 

and A.H. wrote the paper. 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

Abstract 

(246/250 words, including citations)

Reelin, a secreted glycoprotein, plays a crucial role in guiding neocortical neuronal migration, dendritic 

outgrowth and arborization, and synaptic plasticity in the adult brain. Reelin primarily operates through the 

canonical  lipoprotein  receptors  apolipoprotein  E  receptor  2  (Apoer2)  and  very  low-density  lipoprotein 

receptor (Vldlr). Reelin also engages with non-canonical receptors and unidentified co-receptors; however, 

the  effects  of  which  are  less  understood.  Using  high-throughput  tandem  mass  tag  LC-MS/MS-based 

proteomics and gene set enrichment analysis, we identified both shared and unique intracellular pathways 

activated by Reelin through its canonical and non-canonical signaling in primary murine neurons during 

dendritic growth and arborization. We observed pathway crosstalk related to regulation of cytoskeleton, 

neuron projection development, protein transport, and actin filament-based process. We also found enriched 

gene sets exclusively by the non-canonical Reelin pathway including protein translation, mRNA metabolic 

process and ribonucleoprotein complex biogenesis suggesting Reelin fine-tunes neuronal structure through 

distinct signaling pathways. A key discovery is the identification of aldolase A, a glycolytic enzyme and 

actin  binding  protein,  as  a  novel  effector  of  Reelin  signaling.  Reelin  induced 

de  novo

  translation  and 

mobilization of aldolase A from the actin cytoskeleton. We demonstrated that aldolase A is necessary for 

Reelin-mediated  dendrite  growth  and  arborization  in primary  murine  neurons  and  mouse  brain  cortical 

neurons

Interestingly, the function of aldolase A in dendrite development is

 

independent of its known role 

in glycolysis. Altogether, our findings provide new insights into the Reelin-dependent signaling pathways 

and effector proteins that are crucial for actin remodeling and dendritic development.   

 

 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

Significance 

(110/120 words)

Reelin  is  an  extracellular  glycoprotein  and  exerts  its  function  primarily  by  binding  to  the  canonical 

lipoprotein  receptors  Apoer2  and  Vldlr.  Reelin  is  best  known  for  its  role  in  neuronal  migration  during 

prenatal brain development. Reelin also signals through a non-canonical pathway outside of Apoer2/Vldlr; 

however, these receptors and signal transduction pathways are less defined. Here, we examined Reelin’s 

role during dendritic outgrowth in primary  murine neurons and identified shared and distinct pathways 

activated by canonical and non-canonical Reelin signaling. We also found aldolase A as a novel effector of 

Reelin signaling, that functions independently of its known metabolic role, highlighting Reelin’s influence 

on actin dynamics and neuronal structure and growth.  

 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

Introduction 

(544/650 words)

Reelin is a secreted glycoprotein important for mammalian brain development and synaptic function (Tissir 

and Goffinet, 2003; Jossin, 2020). The canonical Reelin signaling pathway through the apolipoprotein E 

receptor 2 (Apoer2) and very low-density lipoprotein receptor (Vldlr) is best known for its role in neuronal 

migration and positioning in cortical layering during prenatal brain development (Caviness, 1976; Pinto-

Lord et al., 1982; D'Arcangelo et al., 1995; Curran and D'Arcangelo, 1998; Trommsdorff et al., 1999) . 

Upon Reelin binding, Apoer2/Vldlr receptor clustering triggers intracellular Dab1 phosphorylation by

 

the 

Src-family tyrosine kinases (SFK) which leads to the activation of multiple downstream signaling pathways 

including phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K) signaling to promote cytoskeletal changes necessary for 

correct  neuronal  positioning,  axon  guidance,  dendrite  growth  and  branching  (Pinto  Lord and  Caviness, 

1979; Rice et al., 1998; Hiesberger et al., 1999; Howell et al., 1999; Howell et al., 2000; Arnaud et al., 

2003; Bock and Herz, 2003; Niu et al., 2004; Jossin and Goffinet, 2007; Matsuki et al., 2008; Leemhuis et 

al.,  2010;  Dillon  et  al.,  2017).  In  the  adult  brain,  Reelin  signaling  also  promotes  the  maturation  and 

stabilization of dendritic spines (Pappas et al., 2001; Niu et al., 2008; Rogers et al., 2011; Bosch et al., 

2016),  the  primary  sites  of  excitatory  synaptic  transmission  and  activity-dependent  synaptic  plasticity, 

where Reelin has been shown to enhance hippocampal LTP and modulate synaptic remodeling (Weeber et 

al., 2002; Beffert et al., 2005; Chen et al., 2005; Rogers et al., 2011; Bal et al., 2013). Therefore, a loss of 

Reelin  or  disruption  in  the  Reelin  signaling  pathway  has  been  implicated  in  a  wide  range  of  human 

neurological  disorders  such  as  lissencephaly,  ataxia,  autism  spectrum  disorders,  schizophrenia,  bipolar 

disorder, epilepsy, and Alzheimer’s disease (Impagnatiello et al., 1998; Guidotti et al., 2000; Hong et al., 

2000; Perisco et al., 2001; Grayson et al., 2005). 

     Reelin also signals through a non-canonical pathway outside of Apoer2/Vldlr; such as integrins and 

ephrin receptors which act to further fine-tune Reelin-dependent migration (Dulabon et al., 2000; Bouche 

et al., 2013; Lee et al., 2014; Kohno et al., 2020). As such, Reelin signaling is multifaceted and activates 

overlapping signaling pathways following Reelin binding to its cell surface receptors. However, most of 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

these pathways are not well characterized. Here, we investigated the role of the PI3K pathway in Reelin 

signaling  on  cytoskeleton  remodeling  related  to  dendritic  outgrowth  and  branching.  We  conducted  an 

unbiased tandem mass tag (TMT) LC-MS/MS proteomics screen to delineate canonical and non-canonical 

Reelin signaling and identified overlapping and distinct intracellular pathways in primary murine neurons 

during periods of robust neurite outgrowth. We observed pathway crosstalk between the canonical and non-

canonical Reelin signaling pathways related to regulation of cytoskeleton, neuron projection development, 

protein transport, and actin filament-based process. We demonstrate that Reelin signaling regulates actin 

dynamics in developing neurites and found aldolase A, a glycolytic enzyme and actin-binding protein, as a 

novel downstream effector in the Reelin pathway that contributes to actin remodeling changes necessary 

for dendritic growth and arborization. Interestingly, the function of aldolase A on dendrite outgrowth is

 

independent of its glycolytic function. These findings uncover novel aspects of Reelin signaling revealing 

broader impact beyond the well-known canonical pathways and the discovery of aldolase A as a novel 

Reelin  effector  in  influencing  actin  remodeling  and  cytoskeletal  dynamics  on  neuronal  structure  and 

growth.  

 

Materials and Methods

 

Mice. 

All  animal  use  was  approved  by  the  Institutional  Animal  Care  and  Use  Committee  at  Boston 

University and methods were performed in accordance with relevant guidelines and regulations. Timed 

pregnant  Crl:CD1 (ICR)  dams  (strain  code:  022,  RRID:IMSR_CRL:022)  were purchased  from  Charles 

River Laboratories. Mice of either sex were used for all mouse studies. 

Primary murine neuronal cultures.

 Primary cortical and hippocampal neurons were prepared from CD1 

embryos of either sex at embryonic (E) 16.5 and E18.5, respectively. Briefly, the cortex and the hippocampi 

were independently dissected from each individual embryo, and dissociated with trypsin for 10 min at 37

o

C, 

triturated, and plated onto pre-treated 100 mg/mL Poly-L-lysine wells (Sigma-Aldrich Cat# P2636-100MG) 

24 h prior to plating. To ensure consistency between cultures, cell density of the single cell suspension was 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

determined using Trypan blue and a hemocytometer. Cortical neurons were plated at 7.5x10

5

cells/well (12 

well  plate)  and  hippocampal  neurons  were  plated  at  5x10

4

cells/well (24-well  plate). Neurons  were 

maintained in neurobasal media (Thermo Fisher Scientific Cat# 21103049) supplemented with 2% (v/v) 

B27  (Thermo  Fisher  Scientific  Cat#  17504044)  and 0.5  mM  glutamine  (Thermo  Fisher  Scientific  Cat# 

25030081) in a humidified incubator with 5% CO

2

at 37

o

C.  

Generation of recombinant Reelin and GST-RAP.

Stably transfected HEK293 cells (ATCC Cat# CRL-

1573, RRID:CVCL_0045) expressing full-length murine Reelin were grown in T75 flasks in DMEM media 

and maintained at 37°C and 5% CO2. At ~70% confluency, the media was replaced with phenol red free 

neurobasal media. Following 48 h, the media was collected and spun down at 500 x 

g

 at 4°C for 5 min to 

pellet  cellular  debris  and  dead  cells. The  supernatant  was  collected  and  concentrated  using  an  Amicon 

stirred ultrafiltration cell (Millipore Cat# 5124) with a Biomax 100 kDa ultrafiltration molecular weight 

membrane (Millipore Cat# PBHK06210). The concentrated Reelin containing media was sterile filtered 

using a 0.45µm syringe filter (Millipore Cat# SLHAM33SS), aliquoted, and stored at -80°C. Mock media 

was  generated  using  control  vector  transfected  HEK293  cells  and  collected  in  parallel  to  the  Reelin 

conditioned media to ensure consistency between conditions. Reelin- and mock-conditioned supernatants 

were  tested  for  their  ability  to  stimulate  Reelin-dependent  phosphorylation  of  Dab1.  pGEX-RAP  was 

transformed into BL21 DE3 

E. coli.

 A single, isolated, colony was inoculated in a 5 mL starter culture and 

subsequently grown into 300 mL of LB media and induced with 1 mM IPTG for 4 h at 37

o

C. Cultures were 

spun down at 10,000 x 

g

 for 15 min at 4

o

C and the pellet was snap frozen in liquid nitrogen and kept at -

80

o

C for 15 min. Pellet was thawed and resuspended in 20 mL ice cold PBS-L (3U Benzonase/mL culture, 

1%  Triton  X-100,  1  mM  2-Mercaptoethanol,  1  mM  EDTA,  1  mg/mL  Lysozyme,  2ug/mL  Aprotinin, 

1ug/mL Pepstatin, 1ug/mL Leupeptin in PBS). Resuspension was incubated at room temperature for 30 

min on nutator and centrifuged at 4000 x

 g

 for 30 min at 4

o

C. Supernatant was run through a glutathione 

affinity resin column under gravity flow and GST-RAP was eluted with glutathione buffer (50 mM reduced 

glutathione, 50 mM Tris HCL pH 8.0 in PBS) and sterile filtered.  

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

Biochemical  analysis  and quantitative  immunoblotting.

For  Reelin  stimulation, primary  murine  cortical 

neurons were treated with 50 nM of Reelin or mock control media at 3, 7, or 14 days 

in vitro

 (DIV) for 30 

min. GST-RAP conditions were pre-treated with 100 nM GST-RAP or GST 2 h prior to Reelin treatment. 

For Dab1 immunoprecipitation, neurons were lysed in immunoprecipitation buffer containing: 10 mM Tris 

HCL  pH  8.0,  1%  Triton  X-100,  150  mM  NaCl,  1  mM  EDTA  pH  8.0,  2  g/mL  Aprotinin,  1  g/mL 

Pepstatin, 1  g/mL Leupeptin, and Phosphatase inhibitor cocktail (Bimake Cat# B15001). Cell lysates were 

incubated with precipitating antibody against Dab1 (mouse anti-Dab1 #2721, 1:100, kindly provided by 

Dr. Joachim Herz) for 2 h at 4

o

C followed by overnight incubation with 20 L of protein G Ultralink resin

(ThermoFisher Cat# 53128). The resins were washed with immunoprecipitation buffer and precipitated 

proteins were eluted with reducing SDS sample buffer, boiling for 5 min and resolved by SDS-PAGE. For 

pathway  inhibitor  treatments,  neurons  were  treated  either  with  50  m  LY294002  (Cell  Signaling 

Technology Cat# 9901S), 200 nM Rapamycin (Millipore Cat# 553211), or DMSO vehicle control for 30 

min prior to Reelin stimulation. Briefly, cells were rinsed with PBS and collected in RIPA buffer (150 mM 

NaCl, 1% NP-40, 0.5% sodium deoxycholate, 0.1% SDS, 50 mM Tris-HCL pH 8.0) supplemented with 

protease and phosphatase inhibitors. For Western blotting, nitrocellulose membranes were blocked in 1:1 

solution  of  PBS  and  LI-COR  blocking  buffer  for  1  h  at  room  temperature  and  incubated  in  primary 

antibodies overnight at 4

o

C. Primary antibodies used were mouse anti-Akt (Cell Signaling Technology Cat# 

2920S,  1:2000,  RRID:AB_1147620), rabbit  anti-Phospho-Akt  Ser473  (Cell  Signaling  Technology  Cat# 

4060S, 1:2000, RRID:AB_2315049), mouse anti-p70 S6 kinase alpha (Santa Cruz Biotechnology Cat# sc-

8418, 1:500, RRID:AB_628094), rabbit anti-Phospho-p70 S6 kinase Thr389 (Cell Signaling Technology 

Cat#  9205S,  1:1000,  RRID:AB_330944),  mouse  anti-GAPDH  (Millipore  Cat#  MAB374,  1:2000, 

RRID:AB_2107445),  mouse  anti-Dab1  (Santa  Cruz  Biotechnology  Cat#  sc-271136,  1:500, 

RRID:AB_10610240),  mouse  anti-Phosphotyrosine  4G10  (Millipore  Cat#  05-1050,  1:1000, 

RRID:AB_916371). Membranes were washed and incubated in IRDye 800CW goat anti-mouse IgG (LI-

COR Biosciences Cat# 926-32210, 1:20,000, RRID:AB_621842) and IRDye 680RD goat anti-rabbit IgG  

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

(LI-COR Biosciences Cat# 926-68071, 1:20,000, RRID:AB_10956166) for 1 h at room temperature and 

imaged using a LI-COR Biosciences Imaging Odyssey Clx System.  

Digitonin permeabilization assay

. Primary murine cortical neurons were briefly rinsed with ice-cold PBS 

and permeabilized with 150  L of 30  g/mL digitonin (Sigma Cat# D141-100MG) in PBS for 5 min at 

4

o

C. The supernatant was collected after incubation, and cells were lysed with 200  L RIPA buffer as stated 

above. Equal volumes of supernatant and lysate were run on 10% Tris-glycine SDS-PAGE, transferred to 

nitrocellulose  membrane  and  immunoblotted  for  rabbit  anti-aldolase  A  (Proteintech  Cat#  11217-1-AP, 

1:2000,  RRID:AB_2224626)  and  mouse  anti- -actin  (Cell  Signaling  Technology  Cat#  3700S,  1:2000, 

RRID:AB_2242334) overnight at 4

o

C.  

Immunocytochemistry.

 Primary murine hippocampal neurons cultured on 12 mm glass coverslips (Electron 

Microscopy  Sciences  Cat# 72222-01)  were  briefly  rinsed  with  ice-cold  PBS  and  fixed  in  4% 

paraformaldehyde (PFA) for 10 min at room temperature. Cells were permeabilized in 0.1% Triton X-100 

in PBS for 15 min and blocked in 5% normal goat serum in PBS for 1 h. Primary antibodies used included 

mouse  anti- -actin  (Cell  Signaling  Technology  Cat#  3700S,  1:1000,  RRID:AB_2242334),  rabbit  anti-

Phospho-Cofilin Ser3 (Cell Signaling Technology Cat# 3313S, 1:500, RRID:AB_2080597), or mouse anti-

MAP2  (Millipore  Cat#  MAB3418,  1:2000,  RRID:AB_11212326).  To  selectively  stain  F-actin,  we  use 

Alexa Fluor Plus 555 Phalloidin (Thermo Fisher Scientific Cat# A30106, 1:400) in 5% goat serum in PBS 

for  1  h  at  room  temperature.  Following  PBS  washes,  neurons  were  incubated  with  the  fluorophore-

conjugated secondary antibodies goat anti-rabbit IgG Alexa Fluor-488 (Thermo Fisher Scientific Cat# A-

11008, 1:500, RRID:AB_143165) and goat anti-mouse  IgG Alexa Fluor-546 (Thermo Fisher Scientific 

Cat#  A-11003,  1:500,  RRID:AB_2534071)  for  1  h  at  room  temperature.  Coverslips  were  mounted  on 

Superfrost microscope slides (Fisher Scientific Cat# 12-550-15) in ProLong-Gold Antifade mountant with 

DNA stain DAPI (Fisher Scientific Cat# P36931).  

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

Molecular cloning and lentivirus production. 

The shRNA construct for mouse aldolase A was generated 

using  oligos  directed  towards  the  3’UTR  of 

Aldoa

  (GCCCACTGCCAATAAACAACT)  and  control 

scrambled shRNA (CCGCAGGTATGCACGCGT) and cloned into the pLKO.1 cloning vector (Addgene 

Cat#  10878,  RRID:Addgene_10878)  and  pCGLH  vector  for  lentivirus  and 

in  utero

  electroporation 

experiments,  respectively.  To  generate  the  lentiviral  mouse  R42A  aldolase  A  mutant,  site  directed 

mutagenesis  was  performed  with  primer  set  (forward:  CATTGCCAAGGCTCTGCAGTCCATTGG; 

reverse: CTTCCGGTGGACTCATCT) using the full-length mouse 

Aldoa

 cDNA (Sino Biological Cat# 

MG52539-U) and Q5 Site-Directed Mutagenesis kit (New England Biolabs Cat# E0554S). Both aldolase 

A wild type and R42A mutant were independently subcloned into pEGFP-C3 using primer set (forward: 

ACGGAATTCCAATGCCCCACCCATAC; 

reverse: 

CCAGGATCCTTAGTAGGCATGGTTAGAGATG), and subsequently subcloned into lentiviral pFUW 

vector  using  primer  set  (forward:  ACGTCTAGAATGGTGAGCAAGGGCGAG;  reverse: 

CCAGGATCCTTAGTAGGCATGGTTAGAGATG). To generate the lentiviral mouse D33S aldolase A 

mutant, 

site 

directed 

mutagenesis 

was 

performed 

with 

primer 

set 

(forward: 

GGCTGCATCTGAGTCCACCGGA; reverse: AGGATGCCCTTGCC) using the pFUW-EGFP-aldolase 

A wild type construct and Q5 site directed mutagenesis kit. Recombinant lentiviruses were produced by 

transfecting HEK293T cells (ATCC Cat# CRL 3216, RRID: CVCL 0063) with pFUW plasmids for EGFP-

aldolase A wild type, EGFP-R42A aldolase A mutant, EGFP-D33S aldolase A mutant, or shRNA constructs 

with  viral  enzymes  and  envelope  proteins  (pMDLg/RRE,  pRSV-REV  and  pVSV-G)  using  FuGENE6 

transfection  reagent  (Promega  Cat#  E2692).  HEK293T  media  was  replaced  with  Neurobasal  media 

(Thermo  Fisher  Scientific Cat# 21103049)  supplemented  with  2% (v/v)  B27 (Thermo  Fisher  Scientific 

Cat#  17504044)  12  h  after  transfection,  and  the  supernatant  was  collected  12  h  after  media  change.  

Lentivirus-containing conditioned media were centrifuged at 500 x 

g

 for 5 min at 4

o

C to remove cellular 

debris and concentrated using Takara LentiX (Takara Cat# 631231). Briefly, the supernatant was mixed 

with LentiX and incubated for 30 min at 4

o

C followed by centrifugation at 1500 x 

g

 for 45 min at 4

o

C. The 

pellet was resuspended in 10% original volume in Neurobasal and stored at -80

o

C.  

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

In utero electroporation (IUE). 

IUE was performed on timed pregnant Crl:CD1 (ICR) dams (strain code: 

022, RRID:IMSR_CRL:022) dams at E15.5 as described previously (Gal et al., 2006; Dillon et al., 2017). 

Dams were anesthetized with an intraperitoneal injection of a ketamine/xylazine mixture, and the uterine 

horns were exposed by midline laparotomy. One to two microliters of plasmid DNA (final concentration 

of 1  g/ L) mixed with 0.25% fast green dye (Sigma Aldrich Cat#F7252) was injected into the lateral 

ventricles using a pulled glass micropipette. For electroporation, the anode of a Tweezertrode (Harvard 

Apparatus) was placed over the dorsal telencephalon above the uterine muscle and four 36 mV pulses (50 

ms  pulse  duration  separated  by  500  ms  interval)  were  applied  with  a  BTX  ECM830  pulse  generator 

(Harvard Apparatus). Following electroporation, the uterine horns were returned to the abdominal cavity 

and filled with warm, sterile 0.9% saline. Absorbable sutures (Havel Cat# HJ398) were used to close the 

abdomen and non-absorbable silk sutures (AD Surgical Cat# M-S418R19) were used to stich the skin above 

the  abdominal  wall.  Dams  were  returned  to  a  pre-warmed  clean  cage  and  monitored  closely  during 

recovery.  

Immunohistochemistry. 

Electroporated postnatal (P) day 14 mice were anesthetized with an intraperitoneal 

injection of ketamine/xylazine and underwent transcardial perfusion with ice cold 20 mL PBS followed by 

20 mL ice cold 4% PFA. Brains were removed and fixed in 4% PFA and 5% sucrose in PBS overnight at 

4

o

C. Brains underwent cryoprotection through a series of dehydration steps in 10%, 20%, and 30% sucrose 

in PBS. Brains were frozen in tissue molds with OCT compound and stored at -80

o

C. Coronal 40  m brain 

sections were cut using a Leica CM1850 cryostat and mounted on SuperFrost microscope slides (Fisher 

Scientific Cat# 12-550-15) and stored at -80

o

C. Prior to immunostaining, sections were brought to room 

temperature in the dark and rehydrated using PBS and treated with 0.3% methanol peroxidase for 10 min 

to quench endogenous peroxidase activity. Antigen retrieval was performed by microwaving brain sections 

in 10 mM sodium citrate buffer pH 6.0 at 900 W for 90 s followed by 100 W for 10 min.  Sections were 

washed  in  PBS  and  blocked  in  5%  normal  goat  serum,  0.3%  Triton  X-100  in  PBS  for  1  h  at  room 

temperature  followed  by  incubation  with  rabbit  anti-GFP  (Synaptic  Systems  Cat#  132  002,  1:500, 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

RRID:AB_887725) or  mouse anti-SATB2 (Abcam Cat# ab51502, 1:200; RRID:AB_882455) and DAPI 

to distinguish cortical layers. in 5% goat serum PBS overnight at 4

o

C. Sections were washed with PBS and 

incubated  with  goat  anti-rabbit  IgG  Alexa  Fluor-488  (Thermo  Fisher  Scientific  Cat#  A-11008,  1:500, 

RRID:AB_143165) for 1 h at room temperature before being mounted with ProLong-Gold  with DAPI.  

Image  acquisition  and  analysis. 

Images  were  captured  using  a  Carl  Zeiss  LSM700  scanning  confocal 

microscope with image acquisition settings kept constant between coverslips in independent experiments 

including settings for the laser gain and offset, scanning speed, and pinhole size. To determine fluorescence 

intensity in neurites from primary neuron cultures, a maximum intensity projection image of the neuron 

was generated through imaging the entire Z-stack of the neuron at 1 µm increments with a 40X oil objective. 

The  regions  of  interest  were  selected  manually  in  each  image  using  well  isolated  neuronal  processes. 

Selected  neurites  were  straightened,  and  the  pixel  intensity  was  quantified  using  National  Institutes  of 

Health ImageJ software (http://imagej.nih.gov/ij). Experimenters were blind to conditions during image 

acquisition and analysis. For Sholl analysis, healthy, non-overlapping neurons were chosen to minimize 

neurite crossover. Sholl analysis was conducted using the Neuroanatomy and NeuronJ plugins for ImageJ 

(Meijering et al., 2004). Concentric circles were spaced 10 µm apart starting from the center of the soma 

and extending to the end of the longest neurite. For Sholl analysis from IUE experiments, isolated GFP cell-

filled neurons in primary somatosensory cortex (S1) were chosen. Z-stack images of selected neurons were 

acquired using a 25X oil objective and a 0.5 µm interval step. Full Z-stack images were 3D reconstructed 

using  IMARIS  image  analysis  software,  and  neuronal  processes  were  manually  traced  to  highlight  the 

neuronal  arborization  pattern.  Sholl  analysis  was  conducted  using  concentric  circles  spaced  1 m  apart 

starting from the center of the soma and going to the end of the longest traced neurite. For apical neurite 

orientation, well isolated neurons in layers 2/3 of S1 were chosen. Maximum intensity projection images 

were generated from Z-stack images of neurons taken with a 1 µm step interval using a 25X oil objective. 

Apical neurite orientation was determined using NIH ImageJ. A perpendicular line was drawn from the 

center of the soma to the pia and a second line following the trajectory of the apical neurite was drawn 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

starting at the soma. The angle between the two lines was used to determine neurite angle to the pia. Apical 

neurites were identified as the longest neurites originating at the apex of the soma with a trajectory of < 90° 

to the pia. For layering and migration analysis, single plane images of cortical columns spanning the pia to 

the white matter in S1 were captured using a 25X oil objective. Using NIH ImageJ, boundaries between 

cortical  layers  were  denoted,  and  the  number  of  GFP  positive  somas  were  counted  in  each  layer.  To 

determine average distance from the pia, a perpendicular line to the pia from the center of GFP labeled 

somas was drawn using NIH ImageJ. 

 

Liquid chromatography tandem mass spectrometry.

 Primary murine neurons were plated at 2x10

6

cells/well 

in 6 well plates and treated with 50 nM Reelin, mock media control for 30 min or 100 nM GST-RAP for 2 

hours prior to Reelin treatment at DIV 7. The media was aspirated and cells were briefly rinsed in ice-cold 

PBS and collected in 750  L of ice-cold PBS and centrifuged at 500 x 

g

 for 2 min at 4°C. Cell pellets were 

snap frozen in liquid nitrogen and stored at -80

o

C. Samples were resuspended in 200  L of GuHCL lysis 

buffer (6 M GuHCL, 100 mM Tris pH 8.0, 40 mM chloroacetamide, 10 mM TCEP) with phosphatase 

inhibitor cocktail (Roche Cat# 4906837001) and EDTA free protease inhibitor cocktail (Thermo Fisher 

Scientific Cat# P190058) followed by heating to 95°C for 10 min. After brief sonication using a Branson 

probe sonicator with 10% power (40 KHz) for 10 s on ice to shear DNA, the samples were quantified 

via

 

BCA assay (Thermo Fisher Scientific Cat# 23225). The samples were diluted with 100 mM Tris, pH 8.5 

buffer to bring GuHCL concentration down to 0.75M. Lysate proteins were digested with LC/MS-grade 

trypsin (1:50 enzyme to protein ratio, w/w) at 37°C overnight with shaking followed by the addition of 

formic acid (FA) to 1% in solution to terminate the trypsinization. The resulting peptides were desalted 

using a C18 solid phase extraction Sep-Pak column (SPE, Waters) as per the manufacturer’s instructions. 

Briefly, after SPE columns were activated using 90% methanol and pre-conditioned using 0.1% TFA, the 

peptide digests were loaded, washed with buffer of 0.1% TFA for 2 times and eluted with 0.1% TFA-60% 

acetonitrile. The desalted peptides were dried under vacuum at 45 °C and kept at -20°C prior to tandem 

mass tags (TMT) labeling.

 

Prior TMT labeling, peptide quantification was performed by Pierce quantitative 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

colorimetric assay (Thermo Fisher Cat# P123275). Each sample comprising 100

bated 

with TMTPro 16plex reagents (Thermo Fisher Scientific Cat# A44520) as per the manufacturer’s protocol. 

Reaction was carried out for 1 h at room temperature. To quench the reaction, 5% hydroxylamine was added 

to each sample and incubated for 15 min. Equal amounts of each sample were combined in a new tube and 

a speed vac was used to dry the labelled peptide sample. The labelled peptides were desalted using a C18 

SPE column. TMT-labeled peptides were then fractionated offline on a Waters XBridge BEH C18 reversed-

mL/min with two buffer lines: buffer A (consisting of 0.1% ammonium hydroxide-2% acetonitrile-water) 

and  buffer  B  (consisting  of  0.1%  ammonium  hydroxide-98%  acetonitrile,  pH  9).  The  peptides  were 

separated by a gradient from 0% to 10% B in 5 min followed by linear increases to 30% B in 23 min, to 

60% B in 7 min, and then 100% in 8 min and maintained at 100% for 5 min. This separation yielded 48 

collected  fractions  that  were  subsequently  combined  into  12  fractions  and  evaporated  to  dryness  in  a 

vacuum  concentrator.  Fractions  were  kept  at  -20°C  prior  to  LC-MS  analysis.  LC-MS  analysis  was 

performed using an Orbitrap Exploris 480 mass spectrometer equipped with FAIMS and interfaced to an 

Easy nanoLC1200 system (Thermo Fisher Scientific Cat# LC140). Peptides were loaded onto a C18 pre-

column (3  m, 

 Fisher Scientific Cat# 16-494-6) then separated on a 

reverse-phase nano-spray column (2  m, 

 Fisher Scientific Cat# 16-

494-6) using gradient elution. Samples (approximately 2  g peptides) were injected and separated over 150 

min gradient. The mobile phase A was consisted of 0.1% FA-2% acetonitrile, and mobile phase B was 

consisted of 0.1% FA-80% acetonitrile. The gradient consisted of 5% to 30% mobile phase B over 100 min, 

was increased to 60% mobile phase B over 20 min then was increased to 99% mobile phase B over 2 min 

and maintained at 95% mobile phase B for 5 min at a flow rate of 250 nL/min. The mass spectrometry 

of 60,000 with a normalized AGC target of 300% for peptide. The source ion transfer tube temperature was 

set at 275°C and a spray voltage set to 2.5kv. Data was acquired on a data dependent mode with FAIMS 

running 3 compensation voltages at -50v, -57v and -64v. MS2 scans were performed at 45,000 resolution 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

with a maximum injection time of 80 ms for peptides at normalized collision energy 34. Dynamic exclusion 

was enabled using a time window of 60 s.  

Proteomic data analysis.

 MS2 spectra were processed and searched by MaxQuant (version 1.6) against a 

database containing the Uniprot mouse protein sequences (uniprot.org) and reversed (decoy) sequences for 

protein identification. The search allowed for two missed trypsin cleavage sites, variable modifications of 

methionine oxidation, and N-terminal acetylation. The carbamidomethylation of cysteine residues was set 

as  a  fixed  modification.  Ion  tolerances  of  20  and  6  ppm  were  set  for  the  first  and  second  searches, 

respectively. The candidate peptide identifications were filtered assuming a 1% false discovery rate (FDR) 

threshold based on searching the reverse sequence database. Quantification was performed using the TMT 

reporter on MS2 (TMT pro16-plex). Bioinformatic analysis was performed in the R (version 4.3) statistical 

computing environment. Relative intensity of protein groups features was log2 transformed then normalized 

by  median  method.  The  Limma  R  package  was  used  for  differential  analysis  (Ritchie  et  al.,  2015)  to 

generate  ranked  lists. The differential  analysis  and  comparison  between  groups  was  performed  using  a 

Student 

t

-test.  Fast  Gene  Set  Enrichment  Analysis  (fgsea)  (Korotkevich  et  al.,  2021)  with  statistical 

significance  calculated  using  10,000  permutations  was  used  to  identify  biological  terms,  pathways  and 

processes that were co-ordinately up- and down-regulated within each pairwise comparison. FDR cut-off 

was  set  to  0.05  for  significant  terms.  Bar-plots  were  generated  with  the  ggplot  Rpackage  using  the 

normalized enrichment score (NES). The exact p-value, FDR, and NES of GSEA enrichment were included 

in  supplementary  table.  The  mass  spectrometry  proteomics  raw  data  have  been  deposited  to  the 

ProteomeXchange Consortium via the PRIDE repository with the dataset identifier PXD046667.

 

Quantification  and  data  analysis. 

Experimenters  were  blind  to  condition  during  data  acquisition  and 

analysis.  Statistical  parameters  are  presented  as  mean  +  S.E.M.  To  determine  statistical  significance 

between groups, unpaired 

t

-test was used to analyze all pairwise datasets and one or two-way analysis of 

variance (ANOVA) for parametric analysis of multiple comparisons followed by Tukey’s or Šídák's 

post 

hoc

 test. To determine statistical significance of the Sholl analysis, a two-way ANOVA was used. Analysis 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

was conducted using Prism 8 software (GraphPad Software, RRID:SCR_000306). Significance was set to

p

  <  0.05  for  all  experiments.  Number  of  experiments  and  statistical  information  are  reported  on  the 

corresponding result and figure legend sections.  

Results  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Reelin differentially activates PI3K/Akt and S6K1 phosphorylation across neuron development 

     We and others have shown when purified recombinant Reelin is added to wild type murine cultured 

neurons, Reelin stimulates the phosphorylation of Dab1 and PI3K/Akt signaling pathways at DIV 3 (Beffert 

et  al.,  2002;  Jossin  and  Goffinet,  2007;  Leemhuis  et  al.,  2010).  Because  Reelin  signaling  activates 

overlapping  signaling  pathways  that  govern  important  neuronal  development  and  functions,  including 

synaptic transmission, it is unclear whether Reelin activates the PI3K/Akt pathways uniformly throughout 

neuronal and synaptic development. To address this, we first stimulated primary wild type murine neurons 

with 50 nM Reelin or mock control at three developmental time points, DIV 3 (axon outgrowth), DIV 7 

(dendritic outgrowth) and DIV 14 (mature synapses) for 30 min and performed Dab1 immunoprecipitation 

to monitor Dab1 phosphorylation activity by immunoblotting with an anti-phosphotyrosine antibody. We 

demonstrated Reelin consistently increased the levels of phosphorylated Dab1 in immunoprecipitates (lane 

2, Fig. 1

A-C

) compared to mock medium (lane 1, Fig. 1

A-C

) at DIV 3, 7 and 14.  

     Next, we examined whether Reelin induces phosphorylation of Akt (Ser473) and S6K1 (Thr389) across 

all three neurodevelopmental time points. At DIV 3, we found a noticeable, although not significant, 49% 

increase in Akt phosphorylation following Reelin stimulation (lane 2, Fig. 1

D-E

) compared to mock control 

(lane 1, Fig. 1

D-E

). The 67% increase in Akt phosphorylation compared to mock control was insensitive 

to  the  downstream  mTORC1  inhibitor  rapamycin  when  neurons  were  treated  30  min  prior  to  Reelin 

stimulation (

p

 = 0.0485, lane 4, Fig. 1

D-E

). As expected, Akt phosphorylation was prevented by inhibition 

of upstream PI3K with LY294002 (lanes 5 and 6, Fig. 1

D-E

). In addition, we observed a 160% increase in 

S6K1 phosphorylation after Reelin stimulation when compared to mock control (

p

 = 0.0254, lane 2, Fig. 

2

D, F

) at DIV 3, and this effect was inhibited by both rapamycin and LY294002 (lanes 3-6, Fig. 1

D, F

). 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

Likewise,  at  DIV  7,  we  observed  Akt  phosphorylation  was  increased  by  59%  after  Reelin  stimulation 

compared  to  mock  control  (

=  0.0412,  lane  2,  Fig.  1

G,  H

)  and  increased  to  77%  in  the  presence  of 

rapamycin  (

=  0.0071,  lane  4,  Fig.  1

G,  H

),  but  was  inhibited  by  PI3K  inhibitor  LY294002.  Reelin 

stimulation led to a 46% increase in S6K1 phosphorylation when compared to mock control at DIV 7 (

0.0232,  lane  2,  Fig.  1

G,  I

).  By  DIV  14,  we  did  not  observe  any  changes  in  both  Akt  and  S6K1 

phosphorylation following Reelin stimulation compared to mock control (Fig. 1

J-L

). These results indicate 

that Reelin selectively activates S6K1 phosphorylation through the PI3K/Akt and the mTORC1 complex 

pathway during early axonal and dendritic outgrowth but not in mature neurons. 

Gene set enrichment analysis support roles of Reelin in regulation of cytoskeleton development and 

organization particularly related to actin filament-based process  

     Since  we  established  Reelin  activates  the  PI3K/Akt  and  mTORC1  signaling  pathway  during  early 

neuronal development, we next wanted to elucidate the proteomic changes induced by Reelin stimulation 

during  dendritic  outgrowth  at  DIV  7,  a  period  where  we  observed  consistent  PI3K/Akt  and  S6K1 

phosphorylation.  A  preliminary  time  course  in  primary  murine  neurons  at  DIV  7  demonstrated  Reelin 

exerted  a  prominent  effect  on  the  proteome  at  30  min  compared  to  3,  6  or  24  h  using  Label  Free 

Quantification Mass Spectrometry (LFQ-MS) (Supplementary Fig. 1). To examine the proteomic changes 

more extensively at 30 min, we treated DIV 7 primary murine neurons in quadruplicates with four different 

conditions: mock control, 50 nM Reelin, 100 nM GST-RAP, or Reelin and GST-RAP and performed liquid 

chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) analysis. RAP is a chaperone protein that acts in 

the  secretory  pathway  to  prevent  premature  binding  of  ligands  to  lipoprotein  receptors  prior  to  their 

insertion into the cell membrane (Bu and Rennke, 1996; Willnow et al., 1996) . As such, RAP inhibits the 

canonical Reelin signaling pathway by preventing Reelin binding to Apoer2 and Vldlr and blocking the 

Reelin-induced  phosphorylation  of  Dab1  in  primary  neurons  (Hiesberger  et  al.,  1999).  Indeed,  we 

demonstrated  that  GST-RAP  effectively  blocked  Reelin-induced  Dab1  phosphorylation  when  primary 

murine neurons were treated with 100 nM GST-RAP 2 h prior to Reelin stimulation at DIV 7 (lane 3, 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

Supplementary Fig. 2

B

). With this experimental design, we can detect the following proteomic changes 

induced by Reelin: (a) Canonical Reelin signaling by comparing the Reelin-treated group with the Reelin 

and RAP-treated  group  where  the  difference represents the  effect  of  Reelin  signaling 

via 

the  canonical 

receptors, Apoer2 and Vldlr which are inhibited by RAP. (b) Non-canonical Reelin signaling by comparing 

the Reelin and RAP-treated group with RAP alone where both groups are inhibited from interacting with 

the canonical receptors by RAP, so any difference between these groups would primarily be due to signaling 

via

  non-canonical  receptors.  (c)  Total  Reelin  signaling  that  includes  both  canonical  and  non-canonical 

signaling by comparing the Reelin-treated group with mock control group where the difference represents 

the total effect of Reelin regardless of whether the signaling is by canonical or non-canonical receptors. 

     Using a high-throughput multiplex tandem mass tag (TMT) labeling approach, we identified 6744 total 

proteins with a stringent false discovery rate (FDR) < 0.01 across the four conditions. Reelin stimulation 

led to significant changes within the proteome when compared to mock control after 30 min (Fig. 2

A

). In 

contrast, GST-RAP treatment regulated protein expression in the opposite direction compared to the Reelin 

group (

p

 < 0.05, Fig. 2

A

), likely due to RAP’s effects on blocking Reelin binding to Apoer2 and Vldlr. 

Interestingly, we observed a distinct expression pattern of proteomic changes in the Reelin and GST-RAP 

treatment condition indicating Reelin signaling through the non-canonical pathway has a substantial and 

distinct impact on the proteome.  

     To examine how the canonical and non-canonical Reelin pathways differ functionally, we performed 

gene set enrichment analysis (GSEA) on the TMT dataset. We ranked all genes according to the extent of 

their differential expression between the groups and computed normalized enrichment scores (NES) for the 

collection of gene sets representing biological pathways and identified gene sets that are up- and down-

regulated of the ranked list. When we compared the Reelin-treated group with mock control where the 

difference represents the total effect of Reelin, we found upregulated pathways related to regulation of 

cytoskeleton organization, anatomical structure morphogenesis, dendrite development, protein localization 

and transport, cell development and morphogenesis, actin cytoskeleton organization, actin filament-based 

process,  and  neuron  projection  development  (FDR  <  0.05,  Fig.  2

B

).  In  contrast,  down-regulated  genes 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

belonged  to  gene  sets  associated  with  intraciliary  transport,  aminoglycan,  glycosaminoglycan  and 

glycosphingolipid  metabolic  process,  and  chloride  transport  (Fig.  2

B

).  Interestingly,  a  majority  of  the 

upregulated  pathways  in  total  Reelin  signaling  overlapped  with  canonical  Reelin  signaling  when  we 

compared  the  Reelin-treated  group  with  the  Reelin  and  RAP-treated  group  including  regulation  of 

cytoskeleton  organization,  dendrite  development,  protein  localization  and  transport,  neuron  projection 

development and actin filament-based process (Fig. 2

C

). This also coincided with downregulated pathways 

including  glycosphingolipid  metabolic  process  and  chloride  transmembrane  transport.  This  was  not 

surprising given the preferential binding of Reelin to the lipoprotein receptors Apoer2 and Vldlr. GSEA 

also identified gene sets unique to the canonical Reelin signaling pathway, including the upregulation of 

RNA processing and positive regulation of gene expression and the downregulation of cytokine production 

and regulation of lymphocyte apoptotic process. When we examined non-canonical Reelin signaling by 

comparing the Reelin and RAP-treated group with RAP alone, we identified several significantly enriched 

gene sets unique to the non-canonical Reelin pathway, including translation, mRNA metabolic process, 

ribonucleoprotein complex biogenesis. We noted several downregulated pathways related to respiratory 

chain  complex  IV  assembly,  appendage  and  limb  development  and  morphogenesis.  We  also  observed 

pathway crosstalk between the canonical and non-canonical Reelin signaling pathways related to regulation 

of cytoskeleton and neuron projection development, protein transport and actin filament-based process (Fig. 

2

D-E

). Together, these data show that Reelin stimulation regulates proteomic networks associated with 

regulation of anatomical structure morphogenesis and dendrite development, particularly related to actin 

filament-based process at DIV 7 (Fig. 2

E

).  

Reelin stimulation regulates actin dynamics in developing neurites 

      Because we observed an enrichment of gene sets related to regulation of cytoskeleton development and 

organization, including actin filament-based process following Reelin stimulation, we explored whether 

Reelin  functionally  plays  a  role  in  actin  filament  dynamics  in  developing  neurons.  To  test  this,  we 

stimulated DIV 7 cultured neurons with 50 nM Reelin and performed labeling for phalloidin to probe for 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

filamentous actin (F-actin), a key cytoskeletal component important for cell motility and growth. Reelin 

stimulation led to a 23% decrease of phalloidin intensity in neurites when compared to mock control (

p

 < 

0.0001, Fig. 3

A, B

) indicating that Reelin-treated neurons may lead to F-actin remodeling in neurites. To 

test whether Reelin’s effects are dependent on the canonical Reelin signaling pathway, we treated neurons 

with 100 nM GST-RAP for 2 h prior to Reelin stimulation and found that RAP blocks the Reelin mediated 

decrease  in  phalloidin  intensity.  Similarly,  treating  neurons  with  PI3K  inhibitor  LY294002  prevented 

Reelin  mediated  effects  on  phalloidin  intensity  indicating  the  Reelin  mediated  changes  in  phalloidin 

intensity are through the canonical Reelin signaling that requires PI3K activation. We next systematically 

examined  whether  the  decrease  in  phalloidin  intensity  following  Reelin  stimulation  was  localized  to 

primary or secondary neurites. We observed Reelin stimulation led to a 24% decrease in phalloidin intensity 

in  primary  neurites  when  compared  to  mock  control  (

p

  =  0.0012,  Fig.  3

C

).  In  addition,  we  observed 

phalloidin intensity in the Reelin stimulated group was 26.7% lower when we compared to the Reelin and 

LY294002-treated group in secondary neurites (

p

 = 0.0321 Fig. 3

D

). 

     In contrast, we observed a 45% increase in  -actin intensity across all neurites after Reelin stimulation 

compared  to  mock  control  (

p

  <  0.0001,  Fig.  3

E,  F

).  Likewise,  we  observed  a 37%  increase  in  -actin 

intensity in primary neurites 

p

 = 0.0059 and a 57% increase in secondary neurites, 

p

 = 0.0367 after Reelin 

stimulation compared to mock control (Fig. 3 

G, H

). However,  -actin intensity was not changed in the 

presence of GST-RAP or LY294002. Since we did not observe any changes in  -actin protein levels by 

immunoblotting after Reelin stimulation (Fig. 4

E, H

), it is likely that the increase in  -actin intensity seen 

by immunofluorescence after Reelin stimulation is an increase in monomeric and/or oligomeric  -actin due 

to F-actin remodeling and not a result of 

de novo

 translation of  -actin.  

     To  determine  whether  the  cytoskeleton  changes  we  observed  were  specific  to  actin  remodeling,  we 

immunolabeled neurons against the microtubule associated protein, MAP2. We did not observe any MAP2 

intensity  changes  across  all  four  treatment  conditions  in  all  neurites  observed  (Fig.  3

I-L

),  suggesting 

Reelin’s effect on the cytoskeleton was specific to actin remodeling at DIV 7. Together, the increase in  -

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

actin intensity in conjunction with the decrease in phalloidin intensity demonstrates the canonical Reelin

signaling modulates actin dynamics in nascent neurites, supporting the proteomic changes  we observed 

related to regulation of cytoskeleton organization, particularly for actin filament-based processes.  

Reelin regulates n-cofilin phosphorylation at serine3 in nascent neurites 

     After observing that Reelin stimulation leads to a decrease in F-actin, we next asked whether the decrease 

is mediated through the actin severing protein, n-cofilin since it has been reported that Reelin signaling 

modulates serine3 phosphorylation of n-cofilin (Chai et al., 2009; Leemhuis et al., 2010). A decrease in 

phosphorylation at serine3 promotes n-cofilin to sever F-actin which allows for actin rearrangement in cell 

motility and navigation (Agnew et al., 1995; Carlier et al., 1997; Ghosh et al., 2004; Bravo-Cordero et al., 

2013; Chen et al., 2015). To test this, we immunolabeled against phospho-cofilin at serine3 in primary 

murine neurons following Reelin stimulation for 30 min. We found that Reelin decreased phospho-serine3-

cofilin intensity by 23% when compared to mock control (

p

 = 0.0011, Fig. 4

A, B

). The effect of phospho-

serine3-cofilin  intensity  after  Reelin  stimulation  was  abolished  in  neurons  treated  with  GST-RAP  and 

LY294002,  indicating  that  Reelin’s  effects  on  n-cofilin  phosphorylation  is  dependent  on  the  canonical 

Reelin  pathway.  In  addition,  we  found  a  similar  25%  decrease  in  phospho-serine3-cofilin  intensity  in 

primary  neurites  after  Reelin  stimulation  compared  to  mock  control  (

p

  =  0.0021,  Fig.  4

C

).  While  not 

significant, we observed a 21% decrease in phospho-serine3-cofilin intensity between Reelin and mock in 

secondary neurites (

p

 = 0.1692, Fig. 4

D

).  We did; however, observed a significant 27.5% and 32.5 % 

decrease in phospho-serine3-cofilin intensity when we compared the Reelin treated group to neurons treated 

with GST-RAP (

p

 = 0.0104) and LY294002 (

p

 = 0.0012), respectively (Fig. 4

D

). 

     We also compared the levels of phosphorylated n-cofilin protein from neuronal lysates collected from 

DIV  7  primary  neurons  stimulated  with  Reelin  by  immunoblotting  for  both  n-cofilin  serine3 

phosphorylation and total n-cofilin. Western blot analysis showed that Reelin significantly decreased the 

ratio of phosphorylated n-cofilin at serine3 to total cofilin by 31% (

p

 = 0.02, lanes 4-6, Fig. 4

E, F

). However, 

we did not observe any effect of Reelin on total cofilin and  -actin protein levels (Fig. 4

G, H

). Taken 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

together, our data suggests acute Reelin signaling through the canonical Reelin–PI3K pathway regulates n-

cofilin phosphorylation at serine3 in nascent neurites in culture. 

Reelin  stimulation  leads  to 

de  novo 

translation  of  aldolase  A  and  mobilizes  aldolase  A  from  the 

cytoskeleton

 

     We identified aldolase A, a glycolytic enzyme and actin-binding protein, from the quantitative proteomic 

dataset as a novel effector of the Reelin signaling pathway that may contribute to actin remodeling changes. 

Aldolase A was within the regulation of anatomical structure and cell morphogenesis pathway identified 

by GSEA. Several supporting evidences suggests aldolase A may play a role in Reelin-mediated neurite 

growth. First, aldolase A is a well-known F-actin binding protein shown to regulate cell motility in non-

neuronal cells (Tochio et al., 2010; Ritterson Lew and Tolan, 2013). Second, aldolase A is expressed in the 

brain during early developmental time points that are associated with cell migration, growth, and extensive 

cytoskeletal reorganization (Weber, 1965; Lebherz and Rutter, 1969; Penhoet et al., 1969). Third, previous 

studies have shown that aldolase A and n-cofilin compete for the same binding site on F-actin (Gizak et al., 

2019), and the inhibition of the aldolase A and actin interaction leads to loss of F-actin stress fibers in a n-

cofilin dependent manner (Gizak et al., 2019; Sun et al., 2021). Lastly, aldolase A is an effector of the 

insulin-PI3K pathway that regulates epithelial cell’s metabolism through mobilization of aldolase A from 

the actin cytoskeleton (Hu et al., 2016). Given that we showed Reelin regulates actin dynamics and n-cofilin 

phosphorylation  through  PI3K  signaling  pathway,  we  posit  that  aldolase  A  may  serve  as  a  molecular 

effector of Reelin-mediated neurite growth by regulating actin remodeling dynamics. 

     To confirm whether Reelin leads to changes in aldolase A protein level expression, neuronal lysates 

collected  from  DIV  7  primary  neurons  stimulated  with  50  nM  Reelin  or  mock  for  30  min  were 

immunoblotted for aldolase A and  -actin. Western blot analysis showed that Reelin caused a 22% increase 

in aldolase A levels when compared to mock control (

p

 = 0.0342, Fig. 5

A, B

). The effect of aldolase A after 

Reelin stimulation was prevented in neurons treated with GST-RAP or LY294002 indicating the increase 

in  aldolase  A  protein  levels  was  mediated  through  the  canonical  Reelin-PI3K  signaling  pathway.  To 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

determine whether the increase in aldolase A protein levels was a result of 

de novo 

translation or reduced 

protein degradation, DIV 7 neurons were treated with 40  M anisomycin, a translation inhibitor, for 45 min 

prior to Reelin stimulation. Western blot analysis showed that Reelin caused a 46.5% increase in aldolase 

A  levels  when  compared  to  mock  control  (

p

  =  0.0499,  Fig.  5

C,  D

);  however,  this  was  abolished  with 

anisomycin treatment demonstrating that the increase in aldolase A expression after Reelin stimulation is 

due to 

de novo

 translation. It is important to note that quantitative proteomics is typically based on the 

measurement of multiple spectra and peptides per protein that is accompanied by statistical confidence 

measures for each peptide, thus it has higher sensitivity of detecting protein changes compared to Western 

blotting approaches. 

     Previous  studies  had  shown  that  aldolase  A  is  mobilized  from  the  actin  cytoskeleton  through  PI3K 

activation in epithelial cells (Hu et al., 2016). To determine whether aldolase A is mobilized from the actin 

cytoskeleton  through  Reelin-PI3K  signaling  in  primary  murine  neurons,  we  performed  a  digitonin 

permeabilization assay to allow for efflux of diffusible aldolase A and estimate the fraction of aldolase A 

in  the  soluble  versus  immobilized  state  based  on  separate  collection  of  supernatant  and  cell  lysates, 

respectively.  DIV 7  neurons  were  treated  with  either  mock,  Reelin,  RAP  or  LY294002  prior to  Reelin 

stimulation and subsequently permeabilized with digitonin for 5 min at 4

o

C. We found a 35% increase in 

aldolase A in the supernatant fraction induced by Reelin stimulation indicating an increase in mobilized 

aldolase A when compared to mock control (

p

 = 0.0337, lanes 3-4, Fig. 5

E, F

). Both RAP and LY294002 

prevented the Reelin mediated effect on aldolase A mobilization. In fact, LY294002 reduced aldolase A 

mobilization by 39% compared to mock control (

p

 = 0.0111, lanes 7-8, Fig. 5

E, F

). We did not detect any 

aldolase A in the supernatant from neurons that were not permeabilized with digitonin which served as a 

negative control for the assay (lanes 9-12, Fig. 5

E

). In summary, these results indicate that the effects of 

Reelin on aldolase A levels and mobilization from the cytoskeleton are dependent on the activation of PI3K.  

Aldolase A functions downstream of Reelin signaling in regulating dendrite growth 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

To  directly  test  whether  aldolase  A functions  downstream  of  Reelin signaling,  we  infected  primary 

murine neurons with lentiviral 

Aldoa

 shRNA at DIV 1 to determine the effects of aldolase A knockdown 

on  dendritic  development  following  Reelin  treatment.  We  found  that 

Aldoa

  shRNA  efficiently 

downregulated  aldolase  A  protein  expression  at  DIV  7  and  resulted  in  a  significant  64%  knockdown 

compared  to 

scrambled

  (

scr

)  control  shRNA  (

p

  =  0.0179,  lane  2, Fig.  6

A,  B

).  In  contrast, infection  of 

lentiviral 

Aldoa

 shRNA in neurons had no effect on  -actin levels (Fig. 6

A, B

). Since aldolase A is one of 

two aldolase isozymes that is expressed in the brain, we also immunoblotted for aldolase C and found no 

difference in aldolase C levels demonstrating that 

Aldoa

 shRNA is specific to aldolase A (Fig. 6

A, B

).      

      To investigate whether aldolase A functions downstream of Reelin signaling on dendritic branching, 

primary murine neurons were infected at DIV 1 with 

scr

 or 

Aldoa

 shRNA and starting at DIV 4, neurons 

were treated with 50 nM Reelin or mock control once a day for 72 h and immunolabeled against dendritic 

marker, MAP2 at DIV 7. We performed Sholl analysis to examine global changes in neuronal morphology, 

specifically the complexity of the dendritic  arbor and the overall pattern of arborization. Sholl analysis 

revealed  that  shRNA  knockdown  of  aldolase  A  greatly  reduced  dendritic  growth  where  it  shifted  the 

distribution downward and to the left compared with 

scr

 shRNA neurons, indicating both a decrease in the 

number  and  length  of  the neurites  (Fig.  6

C,  D

). The  average  total  neurite length  was  49.5% shorter  in 

neurons  infected  with 

Aldoa

  shRNA  compared  to 

scr

  shRNA  infected  neurons  (

p

  <  0.0001,  Fig.  6

E

). 

Similarly, the average maximum neurite length was decreased by 40% in 

Aldoa

 shRNA infected neurons 

(

p

 < 0.0001, Fig. 6

F

), but had no effect on the average minimum neurite length between 

scr 

and 

Aldoa

 

shRNA infected neurons (Fig. 6

G

). Meanwhile, Reelin induced a 32% increase in the average total neurite 

length  in 

scr 

shRNA  neurons  compared  to  mock  control  (

p

  <  0.0001,  Fig.  6

E

).  Similarly,  the  average 

maximum length of the longest neurite was increased by 31% following Reelin stimulation (

p

 = 0.0002, 

Fig.  6

F

),  but  had  no  effect  in  the  average  minimum  neurite  length  (Fig.  6

G

).  Interestingly,  Reelin 

stimulation  had  no  effect  in  neurons  following  aldolase  A  knockdown,  indicating  that  aldolase  A  lies 

downstream of Reelin signaling and is necessary for the effects of Reelin on dendritic outgrowth (Fig. 6

C-

G

). 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

Aldolase A knockdown disrupts neuronal migration and morphology 

in vivo

Since  we  found  aldolase  A  functions  downstream  of  the  Reelin  signaling  pathway,  we  next  asked 

whether aldolase A knockdown impacts neuronal migration and neuronal architecture 

in vivo

. To test this, 

we performed 

in utero

 electroporation with GFP-tagged 

scr 

or 

Aldoa 

shRNA on mouse embryos at E15.5 

and analyzed both the position of GFP positive cells within the cortical layers and morphology located in 

primary somatosensory cortex at P14 to account for uniform distribution of cells along the rostro-caudal 

axis.  As  expected,  we found most  GFP-positive  neurons electroporated  with 

scr 

shRNA  were  in  upper 

layers II and III that expressed Satb2 which we used as a marker to distinguish cortical layers for analysis 

(Fig. 7

A, B

). Interestingly, we found neurons electroporated with 

Aldoa

 shRNA distributed deeper within 

layers II and III. We, therefore, measured the distance of the soma from the pia and compared neurons 

electroporated with 

scr 

and 

Aldoa

 shRNA. We found neurons electroporated with 

Aldoa

 shRNA were 57.75 

m  deeper  in the  cortex  compared  to 

scr 

electroporated neurons  (p <  0.0001, Fig.  7

C

)  suggesting  that 

aldolase A may play a role in neuronal migration.

 

     

We next examined whether aldolase A is necessary for proper neuronal growth and arborization and 

performed  Sholl  analysis  on  neurons  electroporated  with 

scr 

or 

Aldoa 

shRNA.  Sholl  analysis  revealed 

aldolase  A  knockdown  neurons  exhibited  a  significant  reduction  in  both  dendritic  length  and  arbor 

complexity compared to 

scr

 electroporated neurons (

p

 < 0.0001, Fig. 7

D, E

). The average total neurite 

length was 65.6% shorter in aldolase A knockdown neurons compared to 

scr

 electroporated neurons (

p

 < 

0.0001, Fig. 7

F

). Similarly, the average maximum neurite length was decreased by 53.4% in 

Aldoa

 shRNA 

electroporated neurons (

p

 < 0.0001, Fig. 7

G

). Interestingly, we found a small and significant increase in the 

average minimum neurite length between 

scr 

and 

Aldoa

 shRNA electroporated neurons (

p

 = 0.0133, Fig. 

7

H

). 

     Not  only  did  aldolase  A  knockdown  neurons  have  a  significant  decrease  in  neurite  length  and 

arborization, it was apparent they also lacked the apical-basal polarity typical of cortical pyramidal neurons 

(Fig. 7

I

). As such, we measured the length and orientation of the apical dendrite in GFP-positive neurons 

of 

scr

 control and 

Aldoa

 shRNA electroporated neurons at P14. Our results demonstrate that aldolase A 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

knockdown caused a 69.24% decrease in the length of the apical dendrite when compared to controls (

p

0.0001, Fig. 7

J

). We examined apical dendrite orientation and calculated this as an angle in relation to the 

pial surface and binned the data into three groups: 0-30

o

, 31-60

o

and 61-90

o

from the pial surface. Nearly 

94.83% of GFP-positive neurons electroporated with 

scr

 control had their apical dendrite oriented between 

0-30

o

  to  the  pia.  However,  only  57.26%  of  aldolase  A  knockdown  neuron  kept  this  normal,  apical 

orientation (

p

 = 0.017, Fig. 7

K

). Instead, we found nearly 33.2% of aldolase A knockdown neurons had an 

apical dendrite oriented between 31-60

o

and 9.55% had their apical dendrite between 61-90

o

, both trending 

higher when compared to 

scr 

control neurons. Altogether, these data support the conclusion that aldolase 

A is necessary for proper neuron arborization and is, particularly important for the growth and orientation 

of the apical dendrite of pyramidal neurons in the mouse cortex.  

Aldolase A requires actin binding activity for proper neuronal arborization 

     Because aldolase A serves as both a glycolytic enzyme and actin binding protein, it is in a unique position 

to regulate the metabolic demands and the structural rearrangements of the cytoskeleton necessary for the 

energy  intensive  process  of  neurite  growth and arborization. To  determine  which  functional  activity of 

aldolase A is required for proper neuronal arborization, we examined two aldolase variants defective in 

either glycolytic (D33S) or actin-binding activity (R42A) that have been previously characterized in non-

neuronal cells (Wang et al., 1996; Ritterson Lew and Tolan, 2012, 2013; Hu et al., 2016). The D33S aldolase 

A variant is catalytically dead but retains F-actin binding activity; whereas the R42A variant abolishes the 

F-actin binding activity but retains glycolytic activity. We generated three lentiviral aldolase A constructs: 

wild  type,  D33S  and  R42A  and  we  titered  each  lentivirus  uniformly  to  perform  rescue  experiments  of 

aldolase A’s knockdown effects on dendritic arborization. Primary murine neurons were infected on DIV 

1 and we performed immunolabeling against MAP2 at DIV 7. We compared the effects of 

scr

 shRNA, 

Aldoa 

shRNA, 

Aldoa

 shRNA rescued with mouse aldolase A wild type, catalytically dead D33S or actin-

binding deficient R42A variant. The 

Aldoa

 shRNA-mediated knockdown of aldolase A decreased neurite 

arborization compared to 

scr 

shRNA (

p

 < 0.0001, Fig. 8

A, B

). Both aldolase A wild type and catalytically 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

dead D33S rescued the 

Aldoa

shRNA phenotype, whereas the actin-binding deficient R42A was unable to 

rescue the neurite arborization effects of aldolase A knockdown on dendritic outgrowth (Fig. 8

A, B

). 

We  systematically  measured  the  average  total,  maximum  and  minimum  neurite  length  between  the 

conditions. The  average  total  neurite length  was  57.4%  shorter in  neurons infected  with 

Aldoa

  shRNA 

compared to 

scr

-infected neurons (

p

 < 0.0001, Fig. 8

C

). Lentiviral infection with aldolase A wild type and 

catalytically dead D33S variant fully rescued the effects of aldolase A knockdown phenotype (

p

 < 0.0001, 

Fig. 8

C

). In contrast, the actin-binding deficient R42A variant led to a 47.8% reduction in average total 

neurite length compared to 

scr 

shRNA and was unable to rescue the aldolase A knockdown phenotype (

p

 

<  0.0001,  Fig.  8

C

).  Similarly,  the  average  maximum  neurite  length  was  decreased  by  44.9%  in 

Aldoa

 

shRNA infected neurons (

p

 < 0.0001, Fig. 8

D

). Both aldolase A wild type and D33S fully rescued the 

Aldoa

 

shRNA phenotype (

p

 < 0.0001, Fig. 8

D

); however, the R42A variant was unable to rescue the maximum 

neurite length following aldolase A knockdown when compared to 

scr 

shRNA control (

p

 = 0.0002, Fig. 

8

D

). Likewise, the average minimum length of the shortest neurite was rescued by the catalytically dead 

D33S aldolase A variant (

p

 = 0.0152, Fig. 8

E

). Together, these results provide strong evidence that the actin 

binding function of aldolase A is a key regulator controlling dendritic outgrowth.  

Discussion 

(1061/1500 words)

 

In  this  study,  we showed Reelin  selectively  activates  S6K1 phosphorylation  through  the  PI3K/Akt  and 

mTORC1 complex pathways during initial stages axonal and dendritic outgrowth, a process that differs in 

mature neurons in culture (Fig. 1). This aligns with previous studies that demonstrated Reelin signaling to 

PI3K/Akt is necessary for Reelin-induced neurite outgrowth (Beffert et al., 2002; Jossin and Goffinet, 2007; 

Leemhuis et al., 2010). Through an unbiased proteomics analysis to delineate between canonical and non-

canonical Reelin signaling during dendritic outgrowth in primary murine neurons, we found significant 

crosstalk  related  to  cytoskeleton  regulation,  neuron  projection  development  and  actin  filament-based 

processes  (Fig.  2).  Notably,  gene  sets  influenced  by  the  non-canonical  Reelin  pathway  include  protein 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

translation, mRNA metabolic processes and ribonucleoprotein complex biogenesis, highlighting distinct 

impacts on neuronal structure and function.  

     We explored how Reelin specifically influences actin dynamics in dendritic development (Fig. 3). We 

showed  that  Reelin  stimulation  reduces  F-actin  intensity  while  increasing  total  -actin  intensity  in 

developing  neurites.  However,  this  increase  in  -actin  was  not  corroborated  by  Western  blot  analysis, 

suggesting the changes we observed in immunocytochemistry might be due to an increase in monomeric 

actin  following  F-actin  depolymerization  which  will  need  to  further  examined.  Accompanying  these 

changes was a reduction in cofilin

 

serine3 phosphorylation (Fig. 4), indicating enhanced cofilin severing 

activity. This suggests that Reelin promotes cofilin-mediated actin depolymerization and rearrangement in 

neurites 

in vitro

, in contrast to previous studies that indicated Reelin signaling through PI3K increased 

cofilin serine3  phosphorylation,  stabilizing  the  actin  cytoskeleton  in  the  leading  processes  of  migrating 

neurons during embryonic mouse brain development (Chai et al., 2009; Frotscher et al., 2017). We posit 

Reelin’s dual role in modulating cofilin activity, either inhibiting or promoting cofilin severing activity, 

depending  on  the  developmental  stage.  Reelin  inhibits  cofilin  severing  activity  and  stabilize  the  actin 

cytoskeleton to act as a stop signal for migrating neurons which is required for orientation and directed 

migration of cortical neurons (Chai et al., 2009), but it could also function to promote cofilin severing 

activity by decreasing cofilin serine3 phosphorylation to allow for actin rearrangements essential for neurite 

outgrowth and arborization.  

     Reelin is a commanding regulator on dendritic growth during different stages of brain development, 

particularly  in  embryonic  and  postnatal  stages.  Previous  studies  have  shown  that  dendritic  growth  of 

pyramidal cells is disrupted in both homozygous and heterozygous 

reeler 

mice (Pinto Lord and Caviness, 

1979;  Niu  et  al.,  2004).  Addition  of  Reelin 

in  vitro

  has  been  shown  to  increase  dendritic  growth  of 

hippocampal neurons in both wild type and 

reeler 

mutant mice (Niu et al., 2004; Jossin and Goffinet, 2007; 

Matsuki  et  al.,  2008).  This  enhancement  of  dendritic  growth  by  Reelin  is  evident  during  early  brain 

development (Nichols and Olson, 2010; Kupferman et al., 2014; Chai et al., 2015; Kohno et al., 2015; 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

O'Dell et al., 2015). Our current study aligns with these findings, focusing on the 

in vitro

effects of Reelin 

on  the  dendritic  growth  and  branching  of  embryonic  hippocampal  neurons.  However,  Reelin  exerts  an 

opposing  effect  on  dendritic  growth  in  cortical  pyramidal  neurons  and  forebrain  interneurons  during 

postnatal development (Yabut et al., 2007; Chameau et al., 2009; Hamad et al., 2021). Specifically, the N-

terminal  fragment  of  Reelin  has  been  shown  to  control  and  restrict  the  postnatal  maturation  of  apical 

dendrites in pyramidal cortical neurons, a process mediated by integrin receptors (Chameau et al., 2009). 

This  suggests  that  the  postnatal  effects  of  Reelin  might  be  attributed  to  the  differential  impact  of  its 

proteolytic fragments interacting with non-canonical receptors. Our work contributes to the growing body 

of evidence on the role of Reelin in dendritic development. We provide proteomic changes into how both 

canonical  and  non-canonical  Reelin  pathways  regulate  dendrite  growth  in  embryonic  cultured  neurons. 

However, it remains unclear whether these 

in vitro

 observations fully reflect the 

in vivo

 mechanisms and 

effects of Reelin on dendritic development across various stages of brain maturation. 

     Our proteomics screen identified aldolase A, a glycolytic enzyme and actin-binding protein, as a critical 

component in Reelin-mediated actin dynamics (Arnold and Pette, 1968; Arnold et al., 1971; Wang et al., 

1996; Kusakabe et al., 1997; Jewett and Sibley, 2003). We demonstrated that Reelin stimulates 

de novo

 

translation of aldolase A, mobilizing soluble aldolase A from the cytoskeleton, linking aldolase A directly 

to  Reelin  signaling  and  its  novel  role  in  neuronal  development  (Fig.  5).  We  show  downregulation  of 

aldolase A in primary murine neurons led to shorter, less branched dendrites, and Reelin treatment was 

ineffective  following  aldolase  A  knockdown,  indicating  aldolase  A is  necessary  for  Reelin’s  effects  on 

dendritic growth. Similar results were observed in cortical neurons in the developing mouse brain, with 

impaired neuronal migration, aberrant length, arborization and orientation of the apical dendrite (Fig. 7), 

reinforcing the essential role of aldolase A in proper neuron development.  

     We further investigated aldolase A’s dual functions in neurite outgrowth and demonstrated that the actin-

binding ability of aldolase A, rather than its glycolytic function, is critical for neurite development using 

site-directed  variants  of  aldolase  A  (Fig.  8).  As  previously  characterized,  the  D33S  aldolase  variant  is 

catalytically  dead  and retains  F-actin  binding  ability  while the  R42A  mutant  is  catalytically  active  and 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

unable  to  bind  F-actin (Wang  et  al.,  1996;  Ritterson  Lew  and  Tolan,  2013;  Hu  et  al.,  2016). We

demonstrated that both the wild type and catalytically inactive D33S aldolase variant, which retains F-actin 

binding ability, rescued the effects of 

Aldoa 

shRNA knockdown phenotype in primary neurons, while the 

R42A  mutant,  unable  to  bind  F-actin,  showed  impaired  neurite  growth  and  arborization.  This  finding 

reinforces  aldolase  A’s  role  in  cell  growth  and  motility,  independent  of  its  glycolytic  activity,  in  non-

neuronal cells as observed in previous studies (Tochio et al., 2010; Ritterson Lew and Tolan, 2012, 2013; 

Gizak  et  al.,  2019).  Our  data  provides  a  direct  link  between  aldolase  A  and  neuronal  development 

downstream of Reelin signaling, establishing a new functional role for aldolase A in neurons and expanding 

our understanding of how Reelin regulates actin filament dynamics related to dendrite growth. 

     In summary, our data elucidates how Reelin canonical and non-canonical signaling pathways uniquely 

affect  neuronal  structure  and  function 

in  vitro

.  We  demonstrate  Reelin’s  acute  regulation  of  the  actin 

cytoskeleton,  highlighting  aldolase  A’s  pivotal  role  as  an  actin  binding  protein  which  establishes  an 

unrecognized function of aldolase A in the brain. We propose a model where Reelin modulates cofilin 

serine3  phosphorylation,  facilitating  aldolase  A’s  mobilization  and  enabling  cofilin-dependent  actin 

depolymerization and rearrangement essential for neurite extension and arborization.  

Figure Legends: 

Figure 1. 

Reelin selectively activates the PI3K/Akt and S6K1 pathway in primary murine neurons at early 

developmental time points.

 

A-C,

 

Representative immunoblots showing phospho-tyrosine levels after Dab1 

immunoprecipitation (IP) from primary murine neurons treated with 50 nM Reelin or mock control for 30 

min at DIV 3, 7, and 14. Total Dab1 and GAPDH serve as loading controls (input). 

D,

 Representative 

immunoblots from DIV 3 neuronal lysates stimulated for 30 min with mock control (lanes 1, 3, 5) or with 

50 nM Reelin (lanes 2, 4, 6). DIV 3 neuronal cultures were also incubated with 200 nM rapamycin (lanes 

3, 4) or 50  M LY294002 (lanes 5, 6) 30 min prior to Reelin stimulation. Cell lysates were immunoblotted 

for phosphorylated S473 Akt, total Akt, phosphorylated T389 S6K1, total S6K1, and GAPDH that serves 

as loading control. 

E,

 Bar graph quantification for the ratio of phosphorylated S473 Akt with total Akt from 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

D

shows an increase in Akt phosphorylation following Reelin stimulation that was inhibited by LY294002

[one-way  ANOVA,  F  (5,  12)  =  24.55, 

p

  <  0.0001]. 

F,

  Bar  graph  quantification  for  the  ratio  of 

phosphorylated T389 S6K1 with total S6K1 from 

D

 shows an increase in S6K1 phosphorylation following 

Reelin stimulation that was inhibited by rapamycin and LY294002 [one-way ANOVA, F (5, 12) = 11.71, 

p

  =  0.0003]. 

G,

  Representative  immunoblots  from  DIV7  neuronal  lysates  with  the  same  treatment 

conditions as described in 

D

H,

 Bar graph quantification for the ratio of phosphorylated S473 Akt with 

total Akt from 

G

 [one-way ANOVA, F (5, 12) = 39.74, 

p

 < 0.0001]. 

I,

 Bar graph quantification for the ratio 

of phosphorylated T389 S6K1 with total S6K1 from 

G

 [one-way ANOVA, F (5, 12) = 52.55, 

p

 < 0.0001]. 

J,

  Representative  immunoblots  from  DIV  14  neuronal  lysates  with  the  same  treatment  conditions  as 

described in 

D

K,

 Bar graph quantification for the ratio of phosphorylated S473 Akt with total Akt from 

J

 

[one-way  ANOVA,  F  (5,  12)  =  15.41, 

p

  <  0.0001]. 

L,

  Bar  graph  quantification  for  the  ratio  of 

phosphorylated T389 S6K1 with total S6K1 from 

J

 [one-way ANOVA, F (5, 12) = 14.42, 

p

 = 0.0001]. 

Quantifications are from n = 3 individual replicates for each treatment condition and time point.  

Figure 2. 

Proteomic analysis of acute Reelin signaling.

 

Primary murine neurons at DIV 7 were treated with 

mock control, 50 nM Reelin for 30 min, 100 nM GST-RAP for 2 h, or Reelin with GST-RAP (2 h prior to 

30 min Reelin stimulation) and subject to TMT LC-MS/MS. 

A,

 Heatmap of proteome clusters indicating 

differentially-expressed proteins (rows) that are significantly upregulated (red) and downregulated (blue). 

B,

 Two-side bar plot of GSEA pathways identified from the Reelin and mock control comparison with FDR 

< 0.05. The numbers at the bottom are normalized enrichment scores (NES) for the corresponding biological 

pathway  categories  that  are  up-  and  down-regulated of  the  ranked  list. 

C,

  Two-side  bar  plot  of  GSEA 

pathways identified from the Reelin and Reelin with RAP comparison with FDR < 0.05 representing the 

canonical Reelin pathway. 

D,

 Two-side bar plot of GSEA pathways identified from the Reelin with RAP 

and  RAP  alone  comparison  with  FDR  < 0.05  representing  the  non-canonical Reelin  pathway. 

E,

  Gene 

ranking plot of several developmental and cytoskeletal associated pathways enriched in Reelin stimulation 

compared to mock control, 

p

 <

 

0.02.  

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

Figure 3. 

Reelin stimulation regulates actin remodeling in developing neurites. Primary murine neurons at 

DIV 7 were treated with mock control, 50 nM Reelin, 100 nM GST-RAP for 2 h prior to Reelin or 50  M 

LY294002 for 30 min prior to Reelin stimulation (30 min). 

A,

 Representative images of neurons labeled 

with phalloidin showed a decrease in phalloidin intensity in neurites following Reelin stimulation. 

B,

 Bar 

graph quantification of fluorescent phalloidin intensity in all neurites normalized to mock control [one-way 

ANOVA, F (3, 423) = 7.879, 

p

 < 0.0001]. 

C,

 Bar graph quantification of phalloidin intensity in primary 

neurites normalized to mock control [one-way ANOVA, F (3, 239) = 4.820, 

p

 = 0.0028]. 

D,

 Bar graph 

quantification of phalloidin intensity in secondary neurites normalized to mock control [one-way ANOVA, 

F (3, 180) = 3.307, p = 0.0214]. n = 5 independent experiments with n = 15-26 neurons per condition 

analyzed. 

E,

 Representative images immunostained for beta-actin ( -actin) showed an increase in  -actin 

intensity  in  neurites  following  Reelin  stimulation. 

F,

  Bar  graph  quantification  of  fluorescent  -actin 

intensity in all neurites normalized to mock control [one-way ANOVA, F (3, 302) = 9.658, p < 0.0001]. 

G,

 

Bar graph quantification of  -actin intensity in primary neurites normalized to % mock control [one-way 

ANOVA, F (3, 171) = 4.695, p = 0.0035]. 

H,

 Bar graph quantification of  -actin intensity in secondary 

neurites normalized to mock control [one-way ANOVA, F (3, 127) = 3.227, p = 0.0248]. n = 3 independent 

experiments with n = 15-16 neurons per condition analyzed. 

I,

 Representative images immunostained for 

MAP2. 

J,

 Bar graph quantification of fluorescent MAP2 intensity in all neurites normalized to mock control 

[one-way ANOVA, F (3, 414) = 1.950, p = 0.1208]. 

K,

 Bar graph quantification of MAP2 intensity in 

primary neurites normalized to mock control [one-way ANOVA, F (3, 220) = 1.010, p = 0.3891]. 

L,

 Bar 

graph  quantification  of  MAP2  intensity  in  secondary  neurites  normalized  to  mock  control  [one-way 

ANOVA, F (3, 191) = 1.652. p = 0.1788]. n = 3 independent experiments with n = 16-18 neurons per 

condition analyzed. Scale bars for 

A, E, I 

= 10  m. 

Figure  4. 

Reelin  reduces n-cofilin  phosphorylation  at  Ser3. 

A,

  Primary  murine neurons at  DIV  7  were 

treated with mock control, 50 nM Reelin, 100 nM GST-RAP for 2 h prior to Reelin or 50  M LY294002 

for 30 min prior to Reelin stimulation (30 min). Representative images immunostained for phospho-cofilin 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

at Ser3 showed a decrease in phospho-cofilin in neurites following Reelin stimulation. Scale bar = 10  m. 

B,

  Bar  graph  quantification  of  fluorescent  phospho-cofilin intensity  in  all  neurites  normalized  to  mock 

control [one-way ANOVA, F (3, 383) = 8.602, p < 0.0001]. 

C,

 Bar graph quantification of phospho-cofilin 

intensity in primary neurites normalized to % mock control [one-way ANOVA, F (3, 203) = 5.540, p = 

0.0011]. 

D,

 Bar graph quantification of phospho-cofilin intensity in secondary neurites normalized to mock 

control [one-way ANOVA, F (3, 176) = 5.500, p = 0.0012]. n = 3 independent experiments with n = 14-16 

neurons per condition analyzed. 

E,

 Representative immunoblots from DIV 7 neuronal lysates treated with 

50  nM  Reelin  or  mock  control  for  phospho-cofilin  at  Ser3,  total  n-cofilin  and  -actin. 

F,

  Bar  graph 

quantification for the ratio of phosphorylated cofilin at Ser3 with total cofilin from 

E

 shows a decrease in 

cofilin phosphorylation following Reelin stimulation [Unpaired 

t

-test, t = 2.763, df = 10, 

p

 = 0.0200]. 

G-H,

 

Bar graph quantification for total cofilin and  -actin, respectively. n = 6-10 individual replicates.  

Figure 5. 

Aldolase A undergoes 

de novo

 translation and mobilizes from the cytoskeleton in response to 

Reelin stimulation.

 

A,

 

Representative immunoblots of DIV 7 neuronal lysates treated with mock control, 

50 nM Reelin, 100 nM GST-RAP for 2 h prior to Reelin or 50  M LY294002 for 30 min prior to Reelin 

stimulation for aldolase A and  -actin. 

B,

 Bar graph quantification of aldolase A normalized to mock control 

showed an increase in aldolase A protein levels after Reelin stimulation [one-way ANOVA, F (3, 29) = 

8.998, p = 0.0002]. n = 7-9 individual replicates. 

C,

 Representative immunoblots of DIV 7 neuronal lysates 

treated with mock control (lanes 1-3), 50 nM Reelin (lanes 4-6) or 40  M anisomycin for 45 min prior to 

Reelin  stimulation  (lanes  7-9)  for  aldolase  A  and  -actin. 

D,

  Bar  graph  quantification  of  aldolase  A 

normalized to mock control showed an increase in aldolase A protein levels after Reelin stimulation but not 

in  anisomycin-treated neurons  [one-way  ANOVA,  F  (2,  25)  =  4.275,  p =  0.0253].  n  = 8-10  individual 

replicates. 

E,

 Representative immunoblots of DIV 7 neuronal lysates treated with mock control, 50 nM 

Reelin, 100 nM GST-RAP for 2 h prior to Reelin or 50  M LY294002 for 30 min prior to Reelin stimulation 

and  subject  to  digitonin  permeabilization  (lanes  1-8).  Supernatant  (SN)  and  cell  lysate  were  subject  to 

immunoblotting for aldolase A and  -actin as indicated. 

F,

 Quantification of aldolase A in the diffusible 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

fraction (supernatant) to immobile (cell lysate) fraction show an increase in aldolase A in response to Reelin 

stimulation [one-way ANOVA, F (3, 41) = 10.45, p < 0.0001]. n = 9-15 individual replicates. 

Figure 6. 

Aldolase A is necessary for Reelin-mediated neurite outgrowth and arborization.

 

Primary murine 

neurons  on  DIV  1  were  infected  with 

scr

  or 

Aldoa 

shRNA  and  analyzed  at  DIV  7. 

A,

 

Representative 

immunoblots showing aldolase A and aldolase C levels from DIV 7 neuronal lysate after infection with 

scr

 

or 

Aldoa

 shRNA.  -actin served as loading control. 

B,

 Bar graph quantifications of aldolase A, aldolase C, 

and  -actin expression normalized to 

scr 

shRNA showed decreased protein level specifically for aldolase 

A [Unpaired 

t-test

t = 3.874, df = 4, 

= 0.0179]. n = 3 individual replicates. 

C,

 Representative images of 

DIV 7 neurons infected with 

scr

 or 

Aldoa 

shRNA and stimulated with either mock control or 50 nM Reelin 

once a day for 72 h starting at DIV 4 and immunostained against MAP2 at DIV 7. Scale bar = 12.5  m. 

D,

 

Sholl analysis comparing neuronal arborization complexity between 

scr

 or 

Aldoa 

shRNA with mock and 

Reelin treatment showed reduced dendritic growth and arborization in aldolase A knockdown neurons and 

Reelin stimulation had no effect in neurons following aldolase A knockdown [two-way ANOVA, F (54, 

2793) = 21.80, 

p

 < 0.0001]. n = 3 independent experiments with n = 30-42 cells per condition analyzed. 

E,

 

Bar graph quantification of the average total neurite sum length [one-way ANOVA, F (3, 157) = 89.41, 

p

 

< 0.0001]. 

F,

 Bar graph quantification of the average maximum neurite sum length [one-way ANOVA, F 

(3, 158) = 46.06, 

p

 < 0.0001]. 

G,

 Bar graph quantification of the average minimum neurite length [one-way 

ANOVA, F (3, 158) = 5.149, 

p

 = 0.0020]. For 

E-G

, n = 3 independent experiments with n = 32-44 cells per 

condition analyzed.  

Figure 7. 

Aldolase A is required for neuronal arborization and apical dendrite polarity in the mouse cortex. 

Mouse embryos were electroporated 

in utero

 with GFP-tagged 

scr

 control or 

Aldoa

 shRNA at E15.5 and 

analyzed at P14. 

A,

 Representative images of brain sections electroporated with GFP-tagged 

scr

 control or 

Aldoa

 shRNA and immunostained against GFP and Satb2 to visualize electroporated cells and marker to 

distinguish cortical layers in somatosensory S1 cortex, respectively. Scale bar = 175  m. 

B,

  Bar graph 

quantification showing the percentage of GFP-positive neurons across cortical layers between 

scr 

and 

Aldoa

 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

shRNA electroporated neurons. n = 3 mice per group with n = 402-639 cells per group analyzed. 

C,

Bar 

graph quantification showing the average soma depth of GFP-positive electroporated neurons from the pia 

showed aldolase A knockdown neurons reside deeper in the cortex compared to 

scr 

electroporated neurons 

[Unpaired 

t

-test, t = 7.889, df = 556, 

p

 < 0.0001]. n = 3 brains per group with n = 264-294 cells per group 

analyzed. 

D,

  Representative  images  of  GFP-positive  neurons  in  layers  II/III  of  S1  from  brains 

electroporated at E15.5 with 

scr

 or 

Aldoa

 shRNA showing the disrupted morphology and arborization of 

aldolase A knockdown neurons compared to 

scr 

control. Scale bar = 25  m. 

E,

 Sholl Analysis showed 

aldolase A knockdown neurons have shorter total neurite length and less neuronal arborization compared 

to 

scr 

control  neurons.  A  two-way  ANOVA  was  used  to  determine  the  statistical  significance  of  the 

interaction between the length of the neurites and number of crossings at each radius for each treatment 

condition [two-way ANOVA F (222, 14718) = 14.06, 

p

 < 0.0001]. n = 3 brains per condition and n = 31-

37 neurons per condition analyzed. 

F,

 Bar graph quantification showing aldolase A knockdown neurons 

led  to  a  decrease  in  the  average  neurite  sum  length  compared  to 

scr 

control  electroporated  neurons 

[Unpaired 

t

-test, t = 6.478, df = 63, 

p

 < 0.0001]. 

G,

 Bar graph quantification of the average maximum 

neurite length between 

scr

 and 

Aldoa 

shRNA electroporated neurons [Unpaired 

t

-test, t = 7.272, df = 62, 

p

 

<  0.0001].

  H,

  Bar  graph  quantification  of  the  average  minimum  neurite  length  between 

scr

  and 

Aldoa 

shRNA electroporated neurons [Unpaired 

t

-test, t = 2.559, df = 55, 

p

 = 0.0133]. For 

F-H

, n = 3 brains per 

group with n = 25-35 neurons analyzed. 

I,

 Representative images of GFP-positive neurons in layers II/III 

of S1 from brains electroporated with either 

scr

 or 

Aldoa

 shRNA (left panel) and IMARIS generated 3D 

wire structure reconstruction of the same neurons (right panel) showing their morphology and apical neurite 

orientation  and  length  is  altered  in  aldolase  A  knockdown  neurons.  Scale  bar  =  25  m. 

J,

  Bar  graph 

quantification  showing  a  reduction  in  the  average  length  of  apical  neurites  for  aldolase  A  knockdown 

neurons [Unpaired 

t

-test, t = 6.164, df = 65, 

p

 < 0.0001]. n = 3 brains per group and n = 33-34 neurons 

analyzed. 

K,

 Percentage of GFP-positive neurons with an apical dendrite oriented between 0-30

o

, 31-60

o

and 61-90

o

 to the pia were quantified. Quantification revealed control electroporated neurons have apical 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

dendrites oriented mostly within 0-30

o

compared to aldolase A knockdown neurons [two-way ANOVA, F

(2, 12) = 9.129, 

p

 = 0.0039]. n = 3 brains per group with n = 30-35 neurons analyzed.  

Figure  8. 

Aldolase  A  requires  actin  binding  function  to  regulate  proper  neuronal  arborization. 

A,

 

Representative images of DIV 7 neurons immunostained against MAP2 infected with 

scr

 shRNA, 

Aldoa 

shRNA, or 

Aldoa 

shRNA rescue with aldolase A wild type (WT), D33S, or R42A variant on DIV1. Scale 

bar = 25 µm. 

B, 

Sholl analysis showed 

Aldoa

 shRNA infected neurons exhibit reduced dendritic length and 

arborization compared to 

scr 

control. Lentiviral infection with aldolase WT or D33S variant rescued 

Aldoa 

shRNA induced phenotype while R42A variant was unable to rescue the phenotype. Two-Way ANOVA 

analysis used to determine statistical significance of the interaction between neurite length and number of 

intersections at each radius for each condition [two-way ANOVA, F (72, 3230) = 14.70, 

p

 < 0.0001]. n = 3 

independent experiments with n = 34-36 cells analyzed per condition. 

C, 

Bar graph quantification of the 

average total neurite sum length One-Way ANOVA used to determine statistical significance [one-way 

ANOVA F (4, 170) = 63.91, 

p

 < 0.0001]. 

D, 

Bar graph quantification of the average maximum neurite sum 

length  [one-way  ANOVA  F  (4,  168) =  36.06, 

p

  <  0.0001]. 

E,

  Bar  graph  quantification  of  the  average 

minimum neurite length [one-way ANOVA F (4, 165) = 4.176, 

p

 = 0.003]. For 

C-E

, n = 3 independent 

experiments with n = 33-36 neurons analyzed per condition.  

Supplementary Figure 1.

 Label free quantification proteomics analysis of Reelin time-course treatment 

on wild type neurons at DIV 7. Each column represents an individual sample with duplicate treatments 

grouped  together.  Heatmap  showing  differentially  expressed  features  identified  with  an  FDR  <  0.05. 

Feature intensity is represented as a Z-score between +2 (Yellow) and -2 (Blue), higher Z-scores correspond 

to greater relative expression while lower Z-scores correspond to lower relative expression. Dendrogram 

clustering groups treatment conditions by the similarity of the proteomic profile 

Supplementary  Figure  2. 

GST-RAP  inhibits  Dab1  phosphorylation. 

A,

  Coomassie  showing  fractions 

taken  from  GST-RAP  production  and  purification. 

B,

 

Representative  immunoblot  of  tyrosine-

phosphorylated Dab1 immunoprecipitated from DIV 7 primary murine neurons demonstrating GST-RAP 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

prevented Reelin-induced Dab1 phosphorylation. Neurons were treated with 50 nM Reelin or mock control 

for 30 min or 100 nM GST-RAP for 2 h prior to 30 min Reelin treatment. 

 

References 

Agnew BJ, Minamide LS, Bamburg JR (1995) Reactivation of phosphorylated actin depolymerizing factor 
and identification of the regulatory site. The Journal of Biological Chemistry 270:17582-17587. 
 
Arnaud L, Ballif BA, Forster E, Cooper JA (2003) Fyn Tyrosine Kinase Is a Critical Regulator of Disabled-

1 during Brain Development. Current Biology 13:9-17. 

Arnold H, Pette D (1968) Binding of glycolytic enzymes to structure proteins of the muscle. Eur J Biochem 

6:163-171. 

Arnold H, Henning R, Pette D (1971) Quantitative comparison of the binding of various glycolytic enzymes 

to F-actin and the interaction of aldolase with G-actin. European Journal of Biochemistry 22:121-
126. 

Bal M, Leitz J, Reese AL, Ramirez DM, Durakoglugil M, Herz J, Monteggia LM, Kavalali ET (2013) 

Reelin mobilizes a VAMP7-dependent synaptic vesicle pool and selectively augments spontaneous 
neurotransmission. Neuron 80:934-946. 

Beffert  U, Morfini  G,  Bock  HH,  Reyna  H,  Brady  ST,  Herz J  (2002)  Reelin-mediated  signaling locally 

regulates  protein  kinase  B/Akt  and  glycogen  synthase  kinase  3beta.  The  Journal  of  Biological 
Chemistry 277:49958-49964. 

Beffert U, Weeber EJ, Durudas A, Qiu S, Masiulis I, Sweatt JD, Li WP, Adelmann G, Frotscher M, Hammer 

RE, Herz J (2005) Modulation of synaptic plasticity and memory by Reelin involves differential 
splicing of the lipoprotein receptor Apoer2. Neuron 47:567-579. 

Bock HH, Herz J (2003) Reelin activates SRC family tyrosine kinases in neurons. Curr Biol 13:18-26. 

Bosch C, Muhaisen A, Pujadas L, Soriano E, Martínez A (2016) Reelin Exerts Structural, Biochemical and 

Transcriptional  Regulation  Over  Presynaptic  and  Postsynaptic  Elements  in  the  Adult 
Hippocampus. Front Cell Neurosci 10:138. 

Bouche E, Romero-Ortega MI, Henkemeyer M, Catchpole T, Leemhuis J, Frotscher M, May P, Herz J, 

Bock HH (2013) Reelin induces EphB activation. Cell Research 23:473-490. 

Bravo-Cordero JJ, Magalhaes MA, Eddy RJ, Hodgson L, Condeelis J (2013) Functions of cofilin in cell 

locomotion and invasion. Nature Reviews Molecular Cell Biology 14:405-415. 

Bu  G,  Rennke  S  (1996)  Receptor-associated  protein is  a folding  chaperone  for low  density  lipoprotein 

receptor-related protein. The Journal of Biological Chemistry 271:22218-22224. 

Carlier MF, Laurent V, Santolini J, Melki R, Didry D, Xia G, Hong Y, Chua NH, Pantolini D (1997) Actin 

Depolymerizing  Factor  (ADF/Cofilin)  Enhances  the  Rate  of  Filament  Turnover:  Implication  in 
Actin-based Motility. The Journal of Cell Biology 136:1307-1323. 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

Caviness VS, Jr. (1976) Patterns of cell and fiber distribution in the neocortex of the reeler mutant mouse. 

J Comp Neurol 170:435-447. 

Chai  X,  Forster  E,  Zhao  S,  Bock  HH,  Frotscher  M  (2009)  Reelin  stabilizes  the  actin  cytoskeleton  of 

neuronal processes by inducing n-cofilin phosphorylation at serine3. The Journal of Neuroscience 
29:288-299. 

Chai X, Fan L, Shao H, Lu X, Zhang W, Li J, Wang J, Chen S, Frotscher M, Zhao S (2015) Reelin Induces 

Branching of Neurons and Radial Glial Cells during Corticogenesis. Cereb Cortex 25:3640-3653. 

Chameau P, Inta D, Vitalis T, Monyer H, Wadman WJ, van Hooft JA (2009) The N-terminal region of 

reelin regulates postnatal dendritic maturation of cortical pyramidal neurons. Proc Natl Acad Sci U 
S A 106:7227-7232. 

Chen  Q,  Courtemanche  N,  Pollard  TD  (2015)  Aip1  promotes  actin  filament  severing  by  cofilin  and 

regulates  constriction  of  the  cytokinetic  contractile  ring.  The  Journal  of  Biological  Chemistry 
290:2289-2300. 

Chen Y, Beffert U, Ertunc M, Tang TS, Kavalali ET, Bezprozvanny I, Herz J (2005) Reelin modulates 

NMDA receptor activity in cortical neurons. The Journal of Neuroscience 25:8209-8216. 

Curran T, D'Arcangelo G (1998) Role of reelin in the control of brain development. Brain Res Brain Res 

Rev 26:285-294. 

D'Arcangelo  G,  Miao  GG,  Chen  SC,  Soares  HD,  Morgan  JI,  Curran  T  (1995)  A  protein  related  to 

extracellular matrix proteins deleted in the mouse mutant 

reeler

. Nature 374:719-723. 

Dillon GM, Tyler WA, Omuro KC, Kambouris J, Tyminski C, Henry S, Haydar TF, Beffert U, Ho A (2017) 

CLASP2 Links Reelin to the Cytoskeleton during Neocortical Development. Neuron 93:1344-1358 
e1345. 

Dulabon L, Olson EC, Taglienti MG, Eisenhuth S, McGrath B, Walsh CA, Kreidberg JA, Anton ES (2000) 

Reelin Binds a3b1 Integrin and Inhibits Neuronal Migration. Neuron 27:33-44. 

Frotscher  M,  Zhao  S,  Wang  S,  Chai  X  (2017)  Reelin  Signaling  Inactivates  Cofilin  to  Stabilize  the 

Cytoskeleton of Migrating Cortical Neurons. Front Cell Neurosci 11:148. 

Gal JS, Morozov YM, Ayoub AE, Chatterjee M, Rakic P, Haydar TF (2006) Molecular and morphological 

heterogeneity  of  neural  precursors  in  the  mouse  neocortical  proliferative  zones.  The Journal of 
Neuroscience 26:1045-1056. 

Ghosh M, Song X, Mouneimne G, Sidani M, Lawrence DS, Condeelis JS (2004) Cofilin Promotes Actin 

Polymerization and Defines the Direction of Cell Motility. Science 304:743-746. 

Gizak  A,  Wisniewski  J,  Heron  P,  Mamczur  P,  Sygusch  J,  Rakus  D  (2019)  Targeting  a  moonlighting 

function of aldolase induces apoptosis in cancer cells. Cell Death and Disease 10:712. 

Grayson  DR,  Jia  X,  Chen  Y,  Sharma  RP,  Mitchell  CP,  Guidotti  AR,  Costa  E  (2005)  Reelin  promoter 

hypermethylation in schizophrenia. Proceedings of the National Academy of Sciences 102:9341-
9346. 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

Guidotti AR, Auta J, Davis JM, Gerevini VD, Dwivedi Y, Grayson DR, Impagnatiello F, Pandey G, Pesold 

C, Sharma RP, Uzunov D, Costa E (2000) Decrease in Reelin and Glutamic Acid Decarboxylase

67

(GAD

67

)  Expression  in  Schizophrenia  and  Bipolar  Disorder.  Archives  of  General  Psychiatry 

57:1061-1069. 

Förster E (2021) Reelin restricts dendritic growth of interneurons in the neocortex. Development 
148. 

Hiesberger T, Trommsdorff M, Howell B, Goffinet AM, Mumby MC, Cooper JA, Herz J (1999) Direct 

Binding of Reelin to VLDL Receptor and ApoE Receptor 2 Induces Tyrosine Phosphorylation of 
Disabled-1 and Modulates Tau Phosphorylation. Neuron 24:481-489. 

Hong SE, Shugart YY, Huang DT, Shahwan SA, Grant PE, Hourihane JO, Martin NDT, Walsh CA (2000) 

Autosomal  recessive  lissencephaly  with  cerebellar  hypoplasia  is  associated  with  human  RELN 
mutations. Nature Genetics 26:93-96. 

Howell BW, Herrick TM, Cooper JA (1999) Reelin-induced tryosine phosphorylation of Disabled 1 during 

neuronal positioning. Genes & Development 13:643-648. 

Howell BW, Herrick TM, Hildebrand JD, Zhang Y, Cooper JA (2000) Dab1 tyrosine phosphorylation sites 

relay positional signals during mouse brain development. Curr Biol 10:877-885. 

Hu H, Juvekar A, Lyssiotis CA, Lien EC, Albeck JG, Oh D, Varma G, Hung YP, Ullas S, Lauring J, Seth 

P, Lundquist MR, Tolan DR, Grant AK, Needleman DJ, Asara JM, Cantley LC, Wulf GM (2016) 
Phosphoinositide 3-Kinase Regulates Glycolysis through Mobilization of Aldolase from the Actin 
Cytoskeleton. Cell 164:433-446. 

Impagnatiello F, Guidotti AR, Pesold C, Dwivedi Y, Caruncho HJ, Pisu MG, Uzunov D, Smalheiser NP, 

Davis JM, Pandey G, Pappas GD, Teuting P, Sharma RP, Costa E (1998) A decrease of reelin 
expression  ass  a  putative  vulnerability  factor  in  schizophrenia.  Proceedings  of  the  National 
Academy of Sciences of the United States of America 95:15718-15723. 

Jewett  TJ,  Sibley  D  (2003)  Aldolase  Forms  a  Bridge  between  Cell  Surface  Adhesins  and  the  Actin 

Cytoskeleton in Apicomplexan Parasites. Molecular Cell 11:885-894. 

Jossin  Y  (2020)  Reelin  Functions,  Mechanisms  of  Action  and  Signaling  Pathways  During  Brain 

Development and Maturation. Biomolecules 10. 

Jossin Y,  Goffinet  AM  (2007)  Reelin signals  through  phosphatidylinositol  3-kinase  and Akt  to  control 

cortical  development  and  through  mTor  to  regulate  dendritic  growth.  Molecular  and  Cellular 
Biology 27:7113-7124. 

Kohno T, Ishii K, Hirota Y, Honda T, Makino M, Kawasaki T, Nakajima K, Hattori M (2020) Reelin-Nrp1 

Interaction  Regulates  Neocortical  Dendrite  Development  in  a  Context-Specific  Manner.  The 
Journal of Neuroscience 40:8248-8261. 

Kohno T, Honda T, Kubo K, Nakano Y, Tsuchiya A, Murakami T, Banno H, Nakajima K, Hattori M (2015) 

Importance  of  Reelin  C-terminal  region  in  the  development  and  maintenance  of  the  postnatal 
cerebral cortex and its regulation by specific proteolysis. The Journal of Neuroscience 35:4776-
4787. 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

Korotkevich G, Sukhov V, Budin N, Shpak B, Artyomov MN, Sergushichev A (2021) bioRxiv.

Kupferman  JV,  Basu  J,  Russo  MJ,  Guevarra  J,  Cheung  SK,  Siegelbaum  SA  (2014)  Reelin  signaling 

specifies  the  molecular  identity  of  the  pyramidal  neuron  distal  dendritic  compartment.  Cell 
158:1335-1347. 

Kusakabe  T,  Motoki  K,  Hori  K  (1997)  Mode  of  Interactions  of  Human  Aldolase  Isozymes  with 

Cytoskeletons1. Archives of Biochemistry and Biophysics 344:184-193. 

Lebherz HG, Rutter WJ (1969) Distribution of fructose diphosphate aldolase variants in biological systems. 

Biochemistry 8:109-121. 

Lee GH, Chhangawala Z, Daake SV, Savas JN, Yates JR, Comoletti  D, D'Arcangello G (2014) Reelin 

Induces Erk1/2 Signaling in Cortical Neurons Through a Non-canonical Pathway. The Journal of 
Biological Chemistry 289:20307-20317. 

Leemhuis J, Bouche E, Frotscher M, Henle F, Hein L, Herz J, Meyer DK, Pichler M, Roth G, Schwan C, 

Bock HH (2010) Reelin signals through apolipoprotein E receptor 2 and Cdc42 to increase growth 
cone motility and filopodia formation. The Journal of Neuroscience 30:14759-14772. 

Matsuki  T,  Pramatarova  A,  Howell  BW  (2008)  Reduction  of  Crk  and  CrkL  expression  blocks  reelin-

induced dendritogenesis. J Cell Sci 121:1869-1875. 

Meijering E, Jacob M, Sarria JCF, Steiner P, Hirling H, Unser M (2004) Design and Validation of a Tool 

for Neurite Tracing and Analysis in Fluorescence Microscopy Images. Cytometry 58A:167-176. 

Nichols AJ, Olson EC (2010) Reelin promotes neuronal orientation and dendritogenesis during preplate 

splitting. Cereb Cortex 20:2213-2223. 

Niu  S,  Yabut  O,  D'Arcangelo  G  (2008)  The  Reelin  signaling  pathway  promotes  dendritic  spine 

development in hippocampal neurons. The Journal of Neuroscience 28:10339-10348. 

Niu  S,  Renfro  A,  Quattrocchi  CC,  Sheldon  M,  D'Arcangelo  G  (2004)  Reelin  promotes  hippocampal 

dendrite development through the VLDLR/ApoER2-Dab1 pathway. Neuron 41:71-84. 

O'Dell RS, Cameron DA, Zipfel WR, Olson EC (2015) Reelin Prevents Apical Neurite Retraction during 

Terminal Translocation and Dendrite Initiation. J Neurosci 35:10659-10674. 

Pappas GD, Kriho V, Pesold C (2001) Reelin in the extracellular matrix and dendritic spines of the cortex 

and  hippocampus:  a  comparison  between  wild  type  and  heterozygous  reeler  mice  by 
immunoelectron microscopy. J Neurocytol 30:413-425. 

Penhoet  EE,  Kochman  M,  Rutter  WJ  (1969)  Ioslation  of  fructose  diphosphate  aldolases  A,  B,  and  C. 

Biochemistry 8:4391-4395. 

Perisco AM et al. (2001) Reelin gene alleles and haplotypes as a factor predisposing to autistic disorder. 

Molecular Psychiatry 6:150-159. 

Pinto-Lord MC, Evrard P, Caviness VS, Jr. (1982) Obstructed neuronal migration along radial glial fibers 

in the neocortex of the reeler mouse: a Golgi-EM analysis. Brain Res 256:379-393. 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

Pinto Lord MC, Caviness VS, Jr. (1979) Determinants of cell shape and orientation: a comparative Golgi 

analysis of cell-axon interrelationships in the developing neocortex of normal and reeler mice. J 
Comp Neurol 187:49-69. 

Rice  DS,  Sheldon  M,  D'Arcangello  G,  Nakajima  K,  Goldowitz  D,  Curran  T  (1998)  Disabled-1  acts 

downstream of Reelin in a signaling pathway that controls laminar organization in the mammalian 
brain. Development 125:3719-3729. 

Ritchie  ME,  Phipson  B,  Wu  D,  Hu  Y,  Law  CW,  Shi  W,  Smyth  GK  (2015)  limma  powers  differential 

expression analyses for RNA-sequencing and microarray studies. Nucleic Acids Res 43:e47. 

Ritterson Lew C, Tolan DR (2012) Targeting of several glycolytic enzymes using RNA interference reveals 

aldolase  affects  cancer  cell  proliferation  through  a  non-glycolytic  mechanism.  The  Journal  of 
Biological Chemistry 287:42554-42563. 

Ritterson Lew C, Tolan DR (2013) Aldolase sequesters WASP and affects WASP/Arp2/3-stimulated actin 

dynamics. The Journal of Cellular Biochemistry 114:1928-1939. 

Rogers JT, Rusiana I, Trotter J, Zhao L, Donaldson E, Pak DT, Babus LW, Peters M, Banko JL, Chavis P, 

Rebeck  GW,  Hoe  HS,  Weeber  EJ  (2011)  Reelin  supplementation  enhances  cognitive  ability, 
synaptic plasticity, and dendritic spine density. Learning & Memory 18:558-564. 

Sun J, He D, Fu Y, Zhang R, Guo H, Wang Z, Wang Y, Gao T, Wei Y, Guo Y, Pang Q, Liu Q (2021) A 

novel  lncRNA  ARST  represses  glioma  progression  by  inhibiting  ALDOA-mediated  actin 
cytoskeleton integrity. The Journal of Experimental & Clinical Cancer Research 40:187. 

Tissir F, Goffinet AM (2003) Reelin and brain development. Nat Rev Neurosci 4:496-505. 

Tochio  T,  Tanaka  H,  Nakata  S,  Hosoya  H  (2010)  Fructose-1,6-bisphosphate  aldolase  A  is  involved  in 

HaCaT cell migration by inducing lamellipodia formation. The Journal of Dermatological Science 
58:123-129. 

Trommsdorff  M,  Gotthardt  M,  Stockinger  W,  Nimpf  J,  Hammer  RE,  Richardson  JA,  Herz  J  (1999) 

Reeler/Disabled-like  Disruption  of  Neuronal  Migration  in  Knockout  Mice  Lacking  the  VLDL 
Receptor and ApoE Receptor 2. Cell 97:689-701. 

Wang J, Morris AJ, Tolan DR, Pagliaro L (1996) The Molecular Nature of the F-actin Binding Activity of 

Aldolase  Revealed  with  Site-directed  Mutants.  The  Journal  of  Biological  Chemistry  271:6861-
6865. 

Weber  CS  (1965)  FRUCTOSE  DIPHOSPHATE  ALDOLASE  HOMOLOGS  IN  EMBRYOLOGICAL 

DEVELOPMENT. In: Chemistry, p 198: University of Illinois. 

Weeber  EJ,  Beffert  U,  Jones  C,  Christian  JM,  Forster  E,  Sweatt  JD,  Herz  J  (2002)  Reelin  and  ApoE 

receptors  cooperate  to  enhance  hippocampal  synaptic  plasticity  and  learning.  The  Journal  of 
Biological Chemistry 277:39944-39952. 

Willnow TE, Rohlmann A, Horton J, Otani H, Braun JR, Hammer RE, Herz J (1996) RAP, a specialized 

chaperone,  prevents  ligand-induced  ER  retention  and  degradation  of  LDL  receptor-related 
endocytic receptors. The EMBO Journal 15:2632-2639. 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

Yabut O, Renfro A, Niu S, Swann JW, Marín O, D'Arcangelo G (2007) Abnormal laminar position and 

dendrite development of interneurons in the reeler forebrain. Brain Res 1140:75-83. 

 

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

1 2 3 4 5 6

-

-

-

- + +

-

-

+ + -

-

- + - + - +

Reelin
rapamycin
LY294002

AKT

S473

AKT

total

S6K1

T389

S6K1

total

GAPDH

38

70

70

50

50

1 2 3 4 5 6

-

-

-

- + +

-

-

+ + -

-

- + - + - +

Reelin
rapamycin
LY294002

AKT

S473

AKT

total

S6K1

T389

S6K1

total

GAPDH

38

70

70

50

50

1 2 3 4 5 6

-

-

-

- + +

-

-

+ + -

-

- + - + - +

Reelin
rapamycin
LY294002

AKT

S473

AKT

total

S6K1

T389

S6K1

total

GAPDH

38

70

70

50

50

DIV 3

DIV 7

DIV 14

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

A

K

T

S

4

73

 / 

A

K

T

to

ta

l

- - - - + +

- - + + - -

- + - + - +

Reelin
rapamycin
LY294002

0

1

2

3

4

- - - - + +

- - + + - -

- + - + - +

Reelin
rapamycin
LY294002

S

6K

1

T

3

8

9

 / 

S

6K

1

to

ta

l

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

A

K

T

S

4

73

 / 

A

K

T

to

ta

l

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

S

6K

1

T

3

8

9

 / 

S

6K

1

to

ta

l

- - - - + +

- - + + - -

- + - + - +

Reelin
rapamycin
LY294002

- - - - + +

- - + + - -

- + - + - +

Reelin
rapamycin
LY294002

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

- - - - + +

- - + + - -

- + - + - +

Reelin
rapamycin
LY294002

A

K

T

S

4

73

 / 

A

K

T

to

ta

l

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

- - - - + +

- - + + - -

- + - + - +

Reelin
rapamycin
LY294002

S

6K

1

T

3

8

9

 / 

S

6K

1

to

ta

l

D

E

F

G

H

I

J

K

L

1

2

+

-

Reelin

pTyr
Dab1
Dab1
GAPDH

Input

IP

38

70

70

70

1

2

+

-

Reelin

pTyr
Dab1
Dab1
GAPDH

Input

IP

38

70

70

70

1

2

+

-

Reelin

pTyr
Dab1
Dab1
GAPDH

Input

IP

38

70

70

70

DIV 3

DIV 7

DIV 14

A

B

C

Figure 1

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

A

Figure 2

B

C

D

E

mock

Reelin

RAP

Reelin+RAP

3

2

1

-3

-2

-1

0

z-score

regulation of cytoskeleton organization

regulation of cell projection organization

regulation of protein localization

regulation of dendrite development

protein transport

RNA processing

neuron projection development

neuron development

positive regulation of gene expression

actin filament-based process

glycoprotein metabolic process

glycosyl compound metabolic process

eye morphogenesis

chloride transmembrane transport

transcription initiation at RNA polymerase II promoter

positive regulation of adaptive immune response

regulation of lymphocyte apoptotic process

camera-type eye morphogenesis

cytokine production

glycosphingolipid metabolic process

-2 -1 0 1 2

 Reelin vs. Reelin+RAP (FDR<0.05)

UP
DOWN

NES

P

a

th

w

a

y

regulation of cytoskeleton organization

regulation of protein localization

regulation of dendrite development

regulation of anatomical structure morphogenesis

regulatulation of cell development

actin cytoskeleton organization

actin filament-based process

protein transport

cell morphogenesis

neuron projection development

transmembrane transport

cytochrome complex assembly

regulation of membrane lipid distribution

chloride transport

glycosphingolipid metabolic process

retina morphogenesis in camera-type eye

chloride transmembrane transport

glycosaminoglycan metabolic process

aminoglycan metabolic process

intraciliary transport

Reelin vs. mock (FDR<0.05)

-2 -1 0

1 2

NES

UP
DOWN

P

a

th

w

a

y

translation

regulation of protein localization

regulation of cytoskeleton development

actin filament-based process

mRNA metabolic process

ribonuceloprotein complex biogenesis

regulation of neuron projection development

membrane organization

regulation of cell projection organization

protein transport

pattern specification process

proteoglycan metabolic process

mitochondrial cytochrome c oxidase assembly

neural crest cell migration

appendage morphogenesis

limb morphogenesis

negative chemotaxis

limb development

appendage development

respiratory chain complex IV assembly

Reelin+RAP vs. RAP (FDR<0.05)

-2

-1

0

1

2

NES

UP
DOWN

P

a

th

w

a

y

Pathway

Gene ranks

NES

regulation of anatomical structure morphogenesis

actin filament-based process

regulation of dendrite development

0

2000

4000

6000

1.85

1.65

1.82

p

-value

p

-adjusted

1.2 10

-4

.

1.2 10

-4

1.4 10

-4

.

1.9 10

-3

.

2.0 10

-3

.

2.0 10

-3

.

Reelin vs. mock

.

Total Reelin Signaling

Canonical Reelin Signaling

Non-canonical Reelin Signaling

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

A

m

o

ck

R

e

el

in

Figure 3

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

mock control
Reelin
Reelin + RAP
Reelin + LY294002

P

ha

llo

id

in

 in

te

n

si

ty

(%

 co

n

tr

o

l)

all neurites

R

e

el

in

 +

 R

A

P

R

e

e

lin

 +

 L

Y

29

40

02

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

P

ha

llo

id

in

 in

te

n

si

ty

(%

 co

n

tr

o

l)

primary neurites

P

ha

llo

id

in

 in

te

n

si

ty

(%

 co

n

tr

o

l)

secondary neurites

B

C

D

0

1

2

3

4

5

-a

ct

in

 in

te

nsi

ty

(%

 co

n

tr

o

l)

all neurites

primary neurites

secondary neurites

0

1

2

3

4

-a

ct

in

 in

te

nsi

ty

(%

 co

n

tr

o

l)

0

1

2

3

4

5

-a

ct

in

 in

te

nsi

ty

(%

 co

n

tr

o

l)

m

o

ck

R

e

el

in

R

e

el

in

 +

 R

A

P

R

e

e

lin

 +

 L

Y

29

40

02

E

F

G

H

M

A

P

2

 in

te

n

si

ty

(%

 co

n

tr

o

l)

all neurites

primary neurites

secondary neurites

m

ock

R

e

el

in

R

e

el

in

 +

 R

A

P

R

e

el

in

 +

 L

Y

29

40

02

I

J

K

L

M

A

P

2

 in

te

n

si

ty

(%

 co

n

tr

o

l)

M

A

P

2

 in

te

n

si

ty

(%

 co

n

tr

o

l)

0

1

2

3

4

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0

1

2

3

4

mock control
Reelin
Reelin + RAP
Reelin + LY294002

mock control
Reelin
Reelin + RAP
Reelin + LY294002

0

1

2

3

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

1 2 3 4 5 6

-

-

-

+ +

+

Reelin

p-cofilin

S3

cofilin

total

-actin

15

38

15

DIV 7

p-

co

fil

in

S

3

/co

fil

in

to

ta

l

   

  

 (

%

 co

n

tr

o

l)

Figure 4

p-

C

of

ili

n

 in

te

n

si

ty

(%

 co

n

tr

o

l)

all neurites

primary neurites

secondary neurites

m

o

ck

R

e

el

in

R

e

e

lin

 +

 R

A

P

R

e

el

in

 +

 L

Y

29

40

02

A

B

C

D

0

1

2

3

p-

C

of

ili

n

 in

te

n

si

ty

(%

 co

n

tr

o

l)

p-

C

of

ili

n

 in

te

n

si

ty

(%

 co

n

tr

o

l)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0

1

2

3

4

mock control
Reelin
Reelin + RAP
Reelin + LY294002

E

0.0

0.5

1.0

1.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

 T

ot

a

l c

of

ili

 (

%

 co

n

tr

o

l)

mock control
Reelin

F

G

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

-a

ct

in

 (

%

 c

on

tr

ol

)

H

ns

ns

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

Reelin

LY294002

-actin

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12

+ +

+ +

+ +

+

+

+

+

+

+

+ +

+

+

+

+

+

+

+

+

+

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

38

38

42

digitonin

RAP

aldolase A

lysate

SN

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

+

+

+

-

+

+

-
-

-
-

-

-

Reelin
RAP
LY294002

al

d

o

la

se

 A

S

N

 / 

al

d

ol

a

se

 A

lysa

te

E

F

1

2

3

4

-
-

-

-

38

38

Reelin

-actin

RAP

aldolase A

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

+

+

+

-

+

+

-
-

-
-

-

-

Reelin
RAP
LY294002

al

d

o

la

se

 A

/

-a

ct

in

(%

 co

n

tr

o

l)

A

B

Figure 5

+

+

-

+

+

+

-

-

LY294002

aldolase A

1

2

3

4

-
-

-

-

38

38

Reelin

-actin

aldolase A

-

+

-

+

5

6

7

8

+

-

+

-

+

+

+

+

9

-

+

Anisomycin

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

+

+

-

+

-

-

Reelin
Anisomycin

al

d

ol

a

se

 A

/

-a

ct

in

(%

 co

n

tr

o

l)

C

D

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

38

38

Aldolase A

-actin

sc

r

 s

hR

N

A

A

ld

oa

 s

hR

N

A

0.0

0.5

1.0

1.5

sc

r

 s

hR

N

A

A

ld

oa

 s

hR

N

A

A

ld

o

la

se

 A

 e

xp

re

ssi

o

n

no

rm

al

ize

to

 

scr

 

1

2

0.0

0.5

1.0

1.5

sc

r

 s

hR

N

A

A

ld

oa

 s

hR

N

A

-a

ct

in

 e

xp

re

ssi

on

 

no

rm

al

ize

to

 

scr

 

ns

A

B

Reelin

Control

scr

 sh

R

N

A

A

ld

o

a

 sh

R

N

A

C

D

0

2

4

6

Distance from soma ( m)

10 20 30 40 50 60 70 80 90 10

0

11

0

12

0

13

0

14

0

15

0

scr 

shRNA

Aldoa

 shRNA

scr 

shRNA + Reelin

Aldoa

 shRNA + Reelin

o

in

te

rse

ct

io

n

s

0

200

400

600

ne

ur

ite

 su

m

 le

n

gt

h

 (

m

)

0

20

40

60

80

m

in

. n

eu

rit

e

 le

n

gt

h

 (

m

)

0

50

100

150

200

m

a

x.

 n

eu

rit

le

n

gt

(

m

)

sc

r

 s

hR

N

A

Reelin

-

+

-

+

sc

sh

R

N

A

A

ld

oa

 s

hR

N

A

A

ld

oa

 s

hR

N

A

Reelin

-

+

-

+

Reelin

-

+

-

+

E

G

F

Aldolase C

0

16

0

17

0

18

0

19

0

20

0

Figure 6

A

ld

o

la

se

 C

 e

xp

re

ssi

o

n

no

rm

al

ize

to

 

scr

 

sc

r

 s

hR

N

A

A

ld

oa

 s

hR

N

A

38

0.0

0.5

1.0

1.5

ns

sc

r

 s

hR

N

A

sc

sh

R

N

A

A

ld

oa

 s

hR

N

A

A

ld

oa

 s

hR

N

A

sc

r

 s

hR

N

A

sc

sh

R

N

A

A

ld

oa

 s

hR

N

A

A

ld

oa

 s

hR

N

A

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

scr 

shRNA

Aldoa

 shRNA

GFP

GFP

Satb2

Satb2

0

50

100

150

% of cells

scr 

shRNA

Aldoa

 shRNA

I

II/III

IV

V/VI

A

B

0

200 400 600 800

Depth from pia ( m)

scr 

shRNA

Aldoa

 shRNA

A

ve

ra

g

so

m

a

 d

ep

th

C

D

E

scr 

shRNA

Adoa

 shRNA

o

in

te

rse

ct

io

n

s

0

5

10

15

Distance from soma ( m)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

10

0

11

0

12

0

13

0

14

0

15

0

16

0

17

0

18

0

19

0

20

0

0

500

1000

1500

2000

scr 

shRNA

Aldoa 

shRNA

ne

ur

ite

 su

m

 le

n

gt

h

 (

m

)

0

100

200

300

m

a

x.

 n

eu

rit

le

n

gt

(

m

)

F

G

H

sc

sh

R

N

A

A

ld

oa

 s

hR

N

A

I

0

100

200

300

ap

ica

l d

en

dr

ite

 le

n

g

th

 (

m

)

0-30 30-60 60-90

an

gl

e

 to

 p

ia

 (

%

 o

f ce

lls)

degree (

o

)

J

K

scr 

shRNA

Aldoa

 shRNA

sc

sh

R

N

A

A

ld

oa

 s

hR

N

A

sc

sh

R

N

A

A

ld

oa

 s

hR

N

A

sc

sh

R

N

A

A

ld

oa

 s

hR

N

A

Figure 7

I

II/III

IV

la

ye

rs

0

50

100

150

0.0

0.5

1.0

1.5

m

in

. n

eu

rit

e

 le

n

gt

h

 (

m

)

sc

sh

R

N

A

A

ld

oa

 s

hR

N

A

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

0

2

4

6

8

N

u

m

be

o

In

te

rse

ct

io

ns

scr 

shRNA

Aldoa 

shRNA

Aldoa

 WT 

Aldoa

 R42A 

Aldoa

 D33S 

Distance from soma ( m)

10 20 30 40 50 60 70 80 90 10

0

11

0

12

0

13

0

14

0

15

0

16

0

17

0

18

0

19

0

0

5

10

15

20

25

m

in

. n

eu

rit

e

 le

n

gt

h

 (

m

)

-

+

+

sc

r

 s

hR

N

A

A

ld

oa

 s

hR

N

A

+

+

A

ld

oa

 W

T

A

ld

oa

 D

33

S

A

ld

oa

 R

42

A

Aldoa 

shRNA

0

200

400

600

800

ne

ur

ite

 su

m

 le

n

gt

h

 (

m

)

-

+

+

sc

r

 s

hR

N

A

A

ld

oa

 s

hR

N

A

+

+

A

ld

oa

 W

T

A

ld

oa

 D

33

S

A

ld

oa

 R

42

A

Aldoa 

shRNA

0

50

100

150

-

+

+

sc

r

 s

hR

N

A

A

ld

oa

 s

hR

N

A

+

+

A

ld

oa

 W

T

A

ld

oa

 D

33

S

A

ld

oa

 R

42

A

Aldoa 

shRNA

m

a

x.

 n

eu

rit

le

n

gt

(

m

)

scr 

shRNA

Aldoa

 shRNA

A

Aldoa 

shRNA

Aldoa

 WT 

Aldoa

 D33S 

Aldoa 

R42A 

B

C

D

E

Figure 8

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

Supplementary Figure 1

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.12.575269v1.full-html.html
background image

1

2

3

4

5

6

7

to

ta

l l

ysa

te

so

lu

bl

e

1s

t w

as

h

la

st

 w

as

h

flo

w

-th

ro

ug

h

el

ua

te

M

W

GST-RAP purification

RAP

1

2

3

+

-

+

+

-

-

Reelin

GST-RAP

pTyr

Dab1

Dab1

GAPDH

Input

IP

38

70

70

70

Supplementary Figure 2

A

B

(which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this preprint

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.12.575269

doi: 

bioRxiv preprint