The Neurofibromatosis 2 tumor suppressor merlin in cytoskeleton organization and cell cycle regulation

Neurofibromatosis 2 (NF2) is a dominantly inherited disorder, which predisposes to multiple tumours of the nervous system, typically schwannomas and meningiomas. Biallelic inactivation of the NF2 gene occurs both in sporadic and NF2-related schwannomas and in most meningiomas. The NF2 gene product merlin (or schwannomin) is structurally related to the ERM proteins, ezrin, radixin and moesin, which act as molecular linkers between the actin cytoskeleton and the plasma membrane. Merlin is a tumor suppressor that participates in cell cycle regulation. Merlin s phosphorylation status appears to be associated with its tumour suppressor activity, i.e. non-phosphorylated merlin functions as a tumour suppressor, whereas protein phosphorylation results in loss of functional activity. This thesis study was initiated to investigate merlin s role as a tumor suppressor and growth inhibitor. These studies show, that like many other tumor suppressors, also merlin is targeted to the nucleus at some stages of the cell cycle. Merlin s nuclear localization is regulated by cell cycle phase, contact inhibition and adhesion. In addition, a potential nuclear binding partner for merlin was identified, Human Enhancer of Invasion 10 (HEI10), a cyclin B interacting protein. Many tumor suppressors interact with microtubules and this thesis work shows that also merlin colocalizes with microtubules in mitotic structures. Merlin binds microtubules directly, and increases their polymerization in vitro and in vivo. In addition, primary mouse Schwann cells lacking merlin displays disturbed microtubule cytoskeleton. Fourth part of this thesis work began from the notion that PKA phosphorylates an unidentified site from the merlin N-terminus. Our studies show that serine 10 is a target for PKA and modulation of this residue regulates cytoskeletal organization, lamellipodia formation and cell migration. In summary, this thesis work shows that merlin s role is much more versatile than previously thought. It has a yet unidentified role in the nucleus and it participates in the regulation of both microtubules and the actin cytoskeleton. These studies have led to a better understanding of this enigmatic tumor suppressor, which eventually will aid in the design of specific drugs for the NF2 disease.

Neurofibromatoosi 2 (NF2) on harvinainen, vallitsevasti periytyvä syöpäsyndrooma, joka aiheuttaa useiden keskushermoston kasvainten syntymistä. Kasvaimet muodostuvat pääasiassa kahdeksannen aivohermon Schwannin soluista, sekä aivokalvon meningeaalisoluista. Taudinkuva vaihtelee lievästä erittäin vaikeaan. Kasvaimet aivoissa ovat yleensä hyvälaatuisia, mutta voivat kokonsa ja sijaintinsa vuoksi painaa muita rakenteita. NF2 geenin perityt mutaatiot aiheuttavat toimimattoman proteiinin muodostumisen, joka ei pysty estämään solujen jakautumista. NF2 geenin proteiinituote merlinin, on osoitettu säätelevän solusykliä hidastamalla sen etenemistä. Intensiivisestä tutkimuksesta huolimatta on merlinin kasvunestomekanismi vielä tuntematon. Merlin kuuluu ERM-proteiiniperheeseen, jotka liittävät solun aktiinitukirangan solukalvon proteiineihin. Merlinin on osoitettu sitovan aktiinia ja sijoittuvan solukalvolle paikkoihin, joissa on dynaamista aktiinin uudelleenjärjestäytymistä. Väitöskirja käsittelee merlinin kasvunrajoitetehtävää: kuinka merlinin puute saa aikaan solujen hallitsematonta jakautumista ja kasvainten syntymistä? Tätä kysymystä on tarkasteltu tutkimalla merlin-proteiinin solusyklin aikaista sijoittumista solussa. Näistä tutkimuksista on käynyt ilmi että merlin sukkuloi tuman ja soluliman välillä solusyklin vaiheiden mukaisesti. Tämän lisäksi olemme löytäneet merlinille sitoutumiskumppanin tumasta, HEI10 (Human Enhancer of Invasion 10) joka myös säätelee solusyklin etenemistä. Lisäksi olemme osoittaneet että merlin pystyy säätelemään mikrotubulusten polymerisaatioita ja NF2 poistogeenisistä hiiristä eristetyissä Schwannin soluissa on mikrotubulus-tukiranka täysin epäjärjestäytynyt. Merlinin aktiivisuutta säädellään fosforylaation avulla. Tähän mennessä on osoitettu, että kaksi kinaasia PAK (p21 aktivoituva kinaasi) ja PKA (proteiini kinaasi A) fosforyloivat merliniä molemmat samasta aminohaposta (seriini 518). Tämän lisäksi PKA fosforyloi merliniä myös aminopäästä ja olemme selvittäneet tämän fosforylaatiokohdan ja fosforylaation merkitystä merlinin toiminnalle. Tutkimustemme mukaan merlinin aminopään fosforylaatio säätelee aktiinitukirankaa, ja sitä kautta myös solujen muotoa ja liikkumista.