Zelluläre Funktion der neu-identifizierten Isoformen des Neurofibromatose Typ 2 Tumorsuppressor Proteins Merlin
Final Report Abstract
Protein Isoformen, entstanden durch das alternative Spleissen von Exonen, differieren in Art und Häufigkeit zwischen gesundem und erkranktem Gewebe und spielen kausal eine wesentliche Rolle bei der Entstehung von Tumoren. Während in der ersten Förderperiode neue Protein-Isoformen des für die Entstehung der hereditären Neurofibromatose Typ2 (NF2) Erkrankung verantwortlichen NF2 Proteins gefunden und in ihrer Exon Zusammensetzung charakterisiert worden sind, wurde in diesem Projekt die Funktion und die Bedeutung der Isoformen auf ihre pathogenetische Relevanz untersucht. Durch das Projekt konnte dabei die völlig neue Erkenntnis gewonnen werden, dass beim NF2 Protein durch alternatives Spleissen die Präsenz des Proteins im Zellkern reguliert wird. Es ist bereits bekannt, dass das NF2 Protein Bindungspartner im Zellkern besitzt und auf die Regulation des Zellzyklus in noch ungeklärte Weise einwirkt. Verantwortlich für die Zellkernlokalisation sind Exon 15, das als CRMl abhängiges nukleares Exportsignal (NES) funktioniert. Als ein zweiter Regulationsmechanismus wurde die von Exon 2 kodierte Proteinsequenz identifiziert, die hierarchisch dem Exon 15 übergeordnet ist und den Transfer des Proteins vom Zytoplasma in den Zellkern reguliert. Anders als beim NES in Exon 15 zeigt die Exon 2 Sequenz keine Homologie zu einem bisher bekanntem funktionellem Motiv. Anfängliche Untersuchungen konnten lediglich zeigen, dass es im Sinne eines cytoplasmatischen Ankers wirkt. Durch Einfügung gezielter Mutationen und Herstellung chimärer Proteinsequenzen konnten zwei basische Sequenzen in diesem Bereich identifiziert werden, die für seine Funktion in der Regulation des Zellkerntransportes verantwortlich sind. Diese Regionen bilden einen Bereich an der Oberfläche des Proteins, der sich bei homologen Proteinen als verantwortlich für die Bindung an Lipiden der Zellmembran herausgestellt hat. Bindung an Lipiden der Plasmamembran und Steuerung der biologischen Aktivität des Proteins über eine Veränderung der Lipidkonzentrationen sind ein essentieller Bestandteil vieler einen Signaltransduktionskaskaden und stellen somit den wahrscheinlichsten Wirkungsmechanismus für die Funktion des Exon 2 dar. Tatsächlich konnte gezeigt werden, dass diese zwei basischen Bereiche eine Bindung des Proteins an Phosphatidylinositolphosphate, eines der Hauptkomponenten in der Lipid-vermittelten zellulären Signaltransduktion, binden. Eine Auswertung der in menschlichen NF2 Tumorbiopsien gefundenen und in internationalen Datenbanken niedergelegten Mutationen konnte belegen, dass die Isoformen mit alternativ gespleissten Exon 2 und 15 in Tumoren gehäuft auftreten. Beim Wildtyp Protein betreffen die tumorbedingten DNA Veränderungen vor allem Exon 2 und durch Stopp-Mutationen indirekt auch Exon 15. Somit wird im Tumorgewebe die physiologische Kontrolle der NF2 Zellkernlokalisation außer Kraft gesetzt. Erstaunlicherweise wird damit eine proliferationsfördernde Wirkung des NF2 Proteins im Zellkern nahegelegt, was für ein klassisches Tumorsuppressorprotein, zu dem das NF2 Protein genauso wie z.B. das Rb., p53 oder APC Protein gehört, unerwartet und völlig überraschend ist. Genau dies wurde aber unabhängig in einem transgenes Tiermodell von einer anderen Arbeitsgruppe bewiesen, die ein der Isoform ohne Exon 2 entsprechendes NF2 Protein in Schwann'schen Zellen exprimierte und dadurch die typischen, für die NF2 Erkrankung pathognomonisehen Nerventumore induzierte. Die in diesem Projekt erhobenen Befunde bilden die Grundlage, diesem tumorrelevanten Wirkungsmechanismus auf die Spur zu kommen und eine therapeutische Strategie zu erarbeiten.
Publications
- (2002) Nucleocytoplasmic transfer of the NF2 tumor suppressor protein merlin is regulated by an exon 2 and a CRM 1-dependent nuclear export signal in exon 15. HUM MOL GENET : 11:19:2269-2278
Michael Kressel and Beatrice Schmucker
