Month: January 2013

Posted on

Geenien luennan säätelijäproteiinit, transkriptiotekijät, sitoutuvat DNA:n spesifisiin vaste-elementteihin

Geenien ilmentymisen säätely tapahtuu pääosin transkriptiotekijöiden kautta. Nämä tekijät tunnistavat geenien ympärillä – niiden säätelyalueilla – olevat vaste-elementeiksi nimitetyt DNA-jaksot ja sitoutuvat niihin, minkä seurauksena geenien lukunopeus aktivoituu tai vaimentuu. Viime vuosien genominlaajuiset tutkimukset ovat osoittaneet, että kyseiset geenien luennan keskeiset säätelyelementit eivät sijaitsekaan geenin transkription aloituskohdan läheisyydessä vaan useimmiten hyvinkin kaukana siitä. Hiljattain päättyneessä laajassa ENCODE-projektissa osoitettiinkin, että aikaisemmin roska-DNA:na pidetty alue on pääosin biologisesti aktiivia ja että mm. geenien säätelyelementit – transkriptiotekijöiden sitomispaikat – sijaitsevat näillä alueilla.

Vaikka solujemme transkriptiotekijät ovatkin valtaosin tunnettuja, niin tieto näiden tekijöiden tunnistamien vaste-elementtien emäsjärjestyksestä on ollut puutteellista. Tässä artikkelissa Jussi Taipale työtovereineen on tehnyt herkuleaanisen suorituksen: he kloonasivat ja ilmensivät viljellyissä soluissa yli tuhat ihmisen tai hiiren transkriptiotekijää ja selvittivät SELEX-tekniikalla näiden proteiinien tunnistamat spesifiset DNA-jaksot. Vaikka kaikkien proteiinien ilmentäminen ei onnistunutkaan, tutkijat selvittivät silti yhteensä 411 transkriptiotekijän DNA-sitoutumisen spesifisyyden ja löysivät niille 239 sitomisen spesifisyyden määräävää DNA-jaksoa. Useimmissa transkriptiotekijöissä on aminohappojakso, jota nimitetään DNA:han sitovaksi alueeksi. Tämän alueen rakenne määräsi pääsääntöisesti vaste-elementin emäsjärjestyksen ydinosan (yli 10 emästä), mutta sen ympärillä olevat A- ja T-rikkaat alueet olivat usein myös tärkeitä. Muita tärkeitä tekijöitä vaste-elementtien rakenteelle olivat sitoutuvan transkriptiotekijän rakenne (monomeerinen vai dimeerinen) ja elementtien keskinäinen etäisyys.

Tämän työn tuloksena tutkijoilla on nyt uudenlainen resurssi, joka avulla on mahdollista ymmärtää paremmin transkriptiotekijöiden ja niiden DNA-säätelyelementtien spesifistä vuorovaikutusta ja tätä kautta sitä koodia, jolla genomisen DNA:n rakenne (vaste-elementti) säätelee geenien ilmentymistä. Näitä vaste-elementtejä on DNA:ssa kuitenkin huikea määrä, ja kukin transkriptiotekijä sitoutuu yhdessä solussa niistä vain murto-osaan. Tuleva tutkimuksen haaste onkin selvittää, kuinka solun kromatiinin rakenne ja sen muokkaus säätelevät vaste-elementtien saatavuutta.

DNA-binding specificities of human transcription factors. Jolma A, Yan J, Whitington T, Toivonen J, Nitta KR, Rastas P, Morgunova E, Enge M, Taipale M, Wei G, Palin K, Vaquerizas JM, Vincentelli R, Luscombe NM, Hughes TR, Lemaire P, Ukkonen E, Kivioja T, Taipale J. Cell 152, 327–339, 2013.

Posted on

Mitokondrioiden ribosomiproteiinin vika aiheuttaa lapsuusiän kardiomyopatian

Lapsuusiän kardiomyopatiat ovat sekä kliiniseltä kuvaltaan kirjava että geneettiseltä taustaltaan monimutkainen ryhmä tauteja. Osan aiheuttaa mutaatio tuman geeneissä, osan mitokondriaalisessa genomissa. Anu Suomalainen-Wartiovaaran tutkimusryhmä on nyt löytänyt uuden kardiomyopatiageenin MRPL44. Se löytyi perheestä, jonka toinen lapsi kuoli imeväisenä hengitystieinfektion yhteydessä nopeasti edenneeseen hengitysvajeeseen. Ruumiinavauksessa löytyi voimakkaasti hypertrofinen sydän. Histologisesti siinä nähtiin runsaasti rasvaa. Saman perheen seuraava lapsi syntyi terveenä, mutta kolmen kuukauden iässä todettiin kohonneet seerumin transaminaasi- ja laktaattiarvot ja kahdeksan kuukauden iässä diagnosoitiin kardiomyopatia. Samalla löydettiin rasvakertymää lihas- ja maksasoluissa. Tauti eteni kahden vuoden ikään asti ja sen jälkeen löydökset vähenivät. Nyt lapsi on terve 14-vuotias, suorituskyvyltään täysin normaali ja oireeton.

Sisarusten taudin syy löytyi koko eksomin sekvensoinnilla. Sillä tarkoitetaan kaikkien geenien koodaavan alueen DNA-sekvenssin selvittämistä. Kontrolleihin vertaamalla löydettiin kummaltakin sisarukselta sama mutaatio MRPL44 geenissä, joka sijaitsee tuman genomissa.  MRPL44-proteiini on mitokondriaalisen ribosomin rakenneproteiini.  Kun MRPL44:ää on liian vähän, hengitysketjun kompleksi IV:n aktiivisuus heikkenee.

Mielenkiintoista tässä taudissa on, että sen on hyvin lihas-, erityisesti sydänspesifi. Vaikka sama mutaatio löytyy muiden elinten MRPL44-geenistä, niiden hengitysketju näyttää toimivan normaalisti. Tämän perusteella on mahdollista, että mitokondrioiden ribosomin rakenteessa on eroja eri elimissä.  Selvittämättä jää edelleen se, miksi toinen sisaruksista vähitellen parantui sairaudestaan.

Carroll CJ, Isohanni P, Pöyhönen R, Euro L, Richter U, Brilhante V, Götz A, Lahtinen T, Paetau A, Pihko H, Battersby BJ, Tyynismaa H, Suomalainen A. Whole-exome sequencing identifies a mutation in the mitochondrial ribosome protein MRPL44 to underlie mitochondrial infantile cardiomyopathy. J. Med. Genet. Julkaisupäivä 12.01.2013

Posted on

Korkea kolesteroli, verenpaine ja tupakointi lisäävät kuolleisuutta lukinkalvon alaiseen verenvuotoon

Itsestään tapahtuva aivoverenvuoto on neurologinen katastrofi, johon liittyy suuri kuolleisuus. Yleisimmin tällainen verenvuoto tulee lukinkalvon alle,  verisuonipullistuman revettyä. Potilaiden pitkäaikaisselviytymisestä on kuitenkin vain pieni määrä tutkimuksia. Akatemiaprofessori Jaakko Kaprion tutkimusryhmä hyödynsi merkittävää suomalaista FinRISKI aineistoa, jossa kerättiin väestöstämme yli 60000:n 25-74 vuotiaan henkilön terveystietoja vuosina 1972-2007. Aiemmin väestömateriaaleja ei ole käytetty lukinkalvonalaisen verenvuodon saaneiden potilaiden eloonjäännin selvittämiseen, vaan tutkimukset ovat keskittyneet yksittäisten sairaaloiden potilasmateriaaleihin. FinRISKI:n osallistujista 437 sai seuranta-aikana lukinkalvonalaisen verenvuodon. Niillä potilailla, jotka olivat elossa vuoden kuluttua vuodosta, todettiin tässä tutkimuksessa noin kaksinkertainen kuoleman riski verrattuna väestökontrolleihin. Tuo riski liittyi aivoverisuoniin vaikuttaviin riskitekijöihin, erityisesti kohonneeseen systoliseen verenpaineeseen (>159 mmHg), korkeaan kokonaiskolesteroliin (>7.07 mmol/L) ja aktiiviseen tupakointiin. Tutkimuksessa todetaan, että lukinkalvonalaisen verenvuodon jälkihoidossa tulee kiinnittää erityistä huomiota  näiden riskitekijöiden vähentämiseksi. Tällä voisi olla merkitystä elinvuosien pituuteen aivoverenvuodon jälkeen.

Korja M, Silventoinen K, Laatikainen T, Jousilahti P, Salomaa V, Kaprio J.Cause-specific mortality of 1-year survivors of subarachnoid hemorrhage. Neurology. 2013 Jan 9. [Epub ahead of print]

Abstract

Posted on

Suoliston mikrobiflooralla yhteys haiman beta-soluja vastaan kehittyvään autoimmuniteettiin

Mukanamme kulkee 1-2 kg lasti suolen sisältöä enemmän tai vähemmän hiljaisena kanssakulkijana. Kansanperinne tuntee monta nimitystä tälle suurelta osin bakteerimassasta koostuvalle aineelle. Sen koostumus vaihtelee yksilöittäin. Elintapojen, mutta myös perimän, erityisesti kudostyypin (HLA-tyyppi), tiedetään vaikuttavan bakteeriflooran kirjoon. Suoliston bakteeriflooran koostumuksen tiedetään vaikuttavan mm. astman ja allergian ja joidenkin autoimmuunitautien kehittymiseen. Hiirillä aihetta on jo tutkittu pidemmälle ja osoitettu mm., että bakteeriflooran koostumus säätelee keskeisesti keskushermostoon kohdistuvaa autoimmuniteettiä geneettisesti identtisillä hiiriyksilöillä (Berer ym. Nature 2011;479:538). Rotilla on havaittu eroja mikrobifloorassa tyypin-1 diabetekselle resistentin ja alttiin kannan välillä (Roesch ym. ISME J 2009;3:356), mm. Bacteroides-lajeja esiintyi diabetekselle alttiilla kannalla enemmän.

Ihmisten taudeissa ollaan vielä alkutaipaleella sillä tiellä, joka auttaa meitä ymmärtämään, miten suoliston normaali mikrobifloora säätelee immuunijärjestelmää. Sisäsiittoisiin laboratoriossa pidettyihin jyrsijöihin verrattuna ihmisillä on tutkimusta sekoittavia tekijöitä paljon. Prof. Outi Vaaralan ryhmä on tutkinut jo pidempään suolistoflooran vaikutusta tyypin-1 diabetekseen ja nyt tuoreessa tutkimuksessa tutkittiin pyrosekvensoimalla ulosteflooran koostumusta lapsilla, joilla oli todettu diabetekseen liittyviä autovasta-aineita (n=18), mutta ei diabetestä. Heille valittiin huolella verrokeiksi lapset, jotka vakioitiin iän, sukupuolen, varhaisen ravitsemuksen ja HLA-tyypin suhteen.

Pienistä ulostenäytteistä sekvenaattori tuotti valtavan datamassan, josta tunnistettiin ja kvantifioitiin eri bakteerilajeille ominaisia sekvenssipätkiä. Vasta-ainepositiivislla lapsilla oli vähemmän tiettyjä bakteerilajeja (laktaattia ja butyraattia tuottavia sekä tiettyjä Bifido-bakteerilajeja). Vastaavasti Bacteroides-lajeja esiintyi enemmän vasta-ainepositiivilla lapsilla. Bacteroides-lajien korostunut esiintyminen aiemmin diabeettisillä rotillla (Roesch ym 2009, viite yllä) ja nyt beta-solu vasta-ainepositiivisilla lapsilla on mielenkiintoista ja auttaa suuntaamaan jatkotutkimuksia tämän lajin mahdolliseen rooliin beta-soluautoimmuniteetin kehittymisessä. Toisaalta osa niistä bakteereista, joita esiintyi vähemmän vasta-ainepositiivisilla lapsilla, ovat tärkeitä suoliston epiteelin integriteetin säätelyssä ja siten ne saattavat suojata elimistöä suoliston antigeenimyrskyltä.

de Goffau MC, Luopajärvi K, Knip M, Ilonen J, Ruohtula T, Härkönen T, Orivuori L, Hakala S, Welling GW, Harmsen HJ, Vaarala O. Fecal Microbiota Composition Differs Between Children With β-Cell Autoimmunity and Those Without. Diabetes. 2012 Dec 28. [Epub ahead of print]