Author: Olli A Jänne

Posted on

Tuovatko genominlaajuiset assosiaatiotutkimukset toiminnallista tietoa syövän syntymekanismeista?

Genominlaajuiset assosiaatiotutkimukset (GWAS) ovat tunnistaneet jo parisen sataa geenilokusta, joiden on todettu liittyvän lisääntyneeseen syöpäriskiin. Näillä tutkimuksilla tunnistetut riskialleelit ovat kuitenkin varsin yleisiä, ja niiden riskivaikutukset ovat useimmiten suuruudeltaan alle 1,5 – tavanomaisimmin luokkaa 1,1–1,4. Altistavien mutaatioiden toiminnallisen merkityksen arviointia ei myöskään helpota se, että ne ovat pääsääntöisesti proteiineja koodittavien geenialueiden ulkopuolella, ja siksi niiden sisältämän yhden emäksen polymorfismin (SNP:n) yhdistäminen tiettyyn geenin tai sen toimintaan on vielä aika lailla arvaamista. Lauri Aaltonen ja Jussi Taipale työtovereineen ovat pohtineet ansiokkaasti GWAS-tutkimusten löydösten merkitystä syövän synnyn säätelymekanismien ymmärtämisen kannalta (Cancer Res 73: 4180–4184, 2013) ja tulleet siihen tulokseen, että ainakin jotkut geenien säätelyalueilla sijaitsevat SNP:t voivat olla paljon tärkeämpiä syövän synnylle kuin solun normaalille toiminnalle. Heidän omat tutkimuksensa kohdistuen Myc-geenin säätelyalueella sijaitsevaan paksusuolisyövälle altistavaan riskialleeliin on tästä oiva esimerkki (Science 338: 1360–1363, 2012; viikon julkaisu 6.11.2012).

GWAS-tutkimukset ovat tunnistaneet toistaiseksi noin 70 rintasyöpään altistavaa geenilokusta. Niidenkin osalta on todettava, että mekanismit, joilla kyseiset riskialleelit tai niiden sisältämät SNP:t saavat aikaan lisääntyneen syöpäriskin, ovat jokseenkin tuntemattomia. Tässä tutkimuksessa Heli Nevanlinna yhdessä noin joukkueellisen suomalaistutkijoita ja yli komppanian verran kansainvälisiä kollegoita selvitti erään parhaiten tunnetun rintasyövän riskilokuksen mahdollista toimintaa. Kyseinen lokus sijaitsee kromosomialueella 10q26 ja kytkeytyy FGFR2-geenin toiseen introniin (FGFR = fibroblastikasvutekijän reseptori), ja siinä olevien altistavien alleelien on todettu lisäävän erityisesti estrogeenireseptorin (ER:n) sisältävän rintasyövän riskiä. Tutkijat löysivät tarkalla analyysillä FGFR2-lokuksesta muutaman riskialleelin, joista yksi (rs2981578) kytkeytyi sekä eurooppalaisissa että aasialaisissa potilaissa ER-positiivisen rintasyövän riskiin. Vaikka kyseinen riskilokus sijaitseekin FGFR2-geenin toisessa intronissa, niin tutkijat olettivat siitä huolimatta, että se on tämän geenin merkittävä ilmentymisen säätelyalue.

Biokemialliset toimintakokeet tehtiin pääsääntöisesti käyttäen rintasyöpäsolulinjoja, joissa em. alleelin SNP oli riskille homotsygootti (C/C), heterozygootti (C/T) tai riskitön (T/T). Kromatiini-immunosaostuskokeet osoittivat, että transkriptiotekijä FOXA1 sitoutuu voimakkaammin riskialleeliin ja että tämä “pioneeritekijäksi” kutsutun transkriptiotekijän sitoutuminen kromatiinin rekrytoi estrogeenin aktivoiman ER:n sitoutumaan samalle alueelle. Toinen riskialleeli (rs35054928) sitoi samanlaisissa koejärjestelyissä myös alleelispesifisellä tavalla erästä toista transkriptiotekijää (E2F1). Yhdessä tutkijoiden havainnot tukevat ajatusta, että ainakin jotkut GWAS-tutkimusten tunnistamien lokusten emästen polymorfiat sijaitsevat geenien säätelyalueilla ja vaikuttavat sitä kautta spesifisten transkriptiotekijöiden sitoutumiseen ja säädeltävien geenien ilmentymiseen. FOXA1:n osalta aikaisemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että vaikka rintasyövässä primaarisyövän korkea FOXA1-pitoisuus onkin taudin etenemisen hyvä ennusmerkki, niin levinneessä rintasyövässä (etäpesäkkeissä) on pääsääntöisesti erittäin korkea FOXA1:n pitoisuus (Nature 481: 389–393, 2012).

Meyer KB, O’Reilly M, et al.: Fine-scale mapping of the FGFR2 breast cancer risk locus: putative functional variants differentially bind FOXA1 and E2F1. Am J Hum Genet 93: 1046–1060, 2013

Posted on

Mistä solukalvo saa tarvitsemansa kolesterolin?

Reseptorivälitteinen endosytoosi on yksi niistä tavoista, joilla solu säätelee tarvitsemiensa aineiden siirtymistä solun ulkoisesta tilasta solun sisälle. Kyseisen tapahtuman keskeisen merkityksen osoittivat nobelistit Brown ja Goldstein LDL:n (LDL = low-density lipoprotein) reseptorivälitteiselle siirtymiselle solun sisään lähes 30 vuotta sitten. Solujen tarvitsema kolesteroli on pääosin peräisin LDL-reseptorin kautta solun sisään otetusta LDL:stä. LDL-reseptorin puutteellinen toiminta puolestaan johtaa kohonneeseen seerumin kolesterolipitoisuuteen – hyperkolesterolemiaan – ja sen tuomiin seuraamusilmiöihin. Kolesteroli ei suinkaan ole pelkästään haitallinen elimistöllemme, vaan se on aivan välttämätön mm. solukalvojen toiminnalle. Toistaiseksi yksityiskohdat mekanismeista, joilla solun sisään endosytoosilla otetun LDL:n sisältämä kolesteroli siirretään solukalvolle, ovat olleet puutteellisesti tunnettuja.

Elina Ikonen työtovereineen ovat tässä työssä käyttäneet fluoresoivaa kolesterolin analogia ja elegantteja solu- ja molekyylibiologian menetelmiä sekä sofistikoitua mikroskopiaa selvittääkseen mekanismeja, joilla LDL-kolesterolin siirtyy elävissä soluissa endosomeista (= endosytoosissa syntyvä rakkula, joka sisältää LDL:n) solukalvolle. LDL:n kolesteroli ei ole vapaata kolesterolia, vaan sen esteröityneitä muotoja. Endosomien kolesteroliesterin hydrolysoi lysosomaalinen hapan lipaasi. Vapaa kolesterolin siirtyminen endosomeista solukalvolle vaatii aktiivista NPC1-proteiinia sekä Rab8-proteiinia ja sen toimivaa GTPaasia. Myös aktiinin ja myosin5b-proteiinin toimintojen todettiin olevan tässä yhteydessä välttämätöntä. Erittäin mielenkiintoinen havainto oli, että endosomeista peräisin oleva kolesteroli siirretään solukalvolle lähelle levymäisiä kiinnitysalueita (engl. focal adhesions), mikä puolestaan säätelee näiden alueiden aktiivisuutta ja sitä kautta solujen liikkuvuutta.

Kohonneen seerumin kolesterolipitoisuuden haitalliset vaikutukset mm. sydän- ja verisuonitautien yhteydessä ovat antaneet kolesterolille turhan huonon maineen. Tämän ja muiden tutkimusten sanoma on kuitenkin täysin selvä: kolesteroli on elimistöllemme aivan välttämätön.

Kanerva K, Uronen RL, Blom T, Li S, Bittman R, Lappalainen P, Peränen J, Raposo G, Ikonen E. LDL Cholesterol Recycles to the Plasma Membrane via a Rab8a-Myosin5b-Actin-Dependent Membrane Transport Route. Dev Cell 27: 249–262, 2013.

Posted on

Fibroblastikasvutekijä 21:n pitoisuus seerumissa kuvastaa maksan rasvoittumisen astetta lapsipotilaiden suolen vajaatoiminnassa

Fibroblastikasvutekijät (FGF:t) muodostavat laajan proteiiniperheen, ja niiden toiminta liittyy mm. solujen kasvuun ja erilaistumiseen, verisuonten muodostumiseen ja haavan paranemiseen. Ihmisen FGF-perheeseen kuuluu 22 jäsentä (FGF1–FGF23; numeroinnissa hiiren FGF15 = ihmisen FGF19). “Klassiset” FGF:t ovat hepariinin sitoutuvia eritettyjä proteiineja, jotka signaloivat solukalvon FGF-reseptorien kautta. FGF19, FGF21 ja FGF23 ovat FGF-geeniperheen rakenteeltaan samankaltaisia “endokriinisia” jäseniä, joilla on hormonien kaltaisia vaikutuksia. Koska näistä kolmesta FGF-muodosta puuttuu hepariiniin sitoutuva alue, ne eivät kiinnity soluvälitilan proteoglykaaneihin ja niiden pitoisuus veressä on siksi muita FGF-proteiineja suurempi. Hormonien kaltaiset vaikutukset liittyvät keskeisiin aineenvaihduntatapahtumiin: FGF19 säätelee enterohepaattista sappihappo/kolesteroli-systeemiä, FGF21 rasvahappojen ja glukoosin aineenvaihduntaa sekä FGF23 fosfaatin ja D-vitamiinin aineenvaihduntaa. Lihavuus, insuliiniresistenssi, tyypin 2 diabetes, hypertriglyseridemia ja rasvamaksa johtavat usein kohonneeseen seerumin FGF21-pitoisuuteen. Myös mitokondrioiden toimintahäiriöstä johtuvissa lihastaudeissa seerumin FGF-pitoisuus on kohonnut merkittävästi.

Tässä tutkimuksessa Annika Mutanen työtovereineen pyrki selvittämään, missä määrin seerumin FGF-pitoisuutta voidaan käyttää hyväksi arvioitaessa lapsipotilaiden suolen vajaatoiminnasta johtuvan maksan toimintahäiriön astetta. Pääasialliset suolen vajaatoiminnan syyt 35 tutkitulla lapsella olivat lyhytsuolisuus tai suolen motiliteetin häiriöt. Saadut tulokset osoittivat, että seerumin kohonnut FGF-pitoisuus kuvastaa rasvamaksan olemassaoloa ja sen vaikeusastetta suolen vajaatoiminnassa. Maksan rasvoittuminen liittyi selkeästi kohonneeseen FGF-pitoisuuteen, kun taas biokemialliset maksan toimintakokeet, seerumin rasvojen pitoisuudet, glukoosiaineenvaihdunnan tasapaino tai munuaisten toimintakokeet eivät korreloineet FGF-pitoisuuden kanssa. Täten seerumin FGF-pitoisuuden mittaaminen näyttäisi olevan hyödyllinen ei-invasiivinen laboratoriotutkimus arvioitaessa maksan rasvoittumisen astetta lapsipotilaiden suolen vajaatoiminnassa.

Seerumin FGF-pitoisuus korreloi myös lapsipotilaiden suonensisäisen ravitsemuksen kestoon, ja pitoisuus laski tällaisen ravitsemuksen lopettamisen jälkeen. Aiheuttaako suonensisäinen ravitsemus maksassa metabolisen stressin ja siksi lisääntyneen FGF21:n erittymiseen jäänee jatkotutkimusten selvitettäväksi.

Serum FGF21 increases with hepatic fat accumulation in pediatric onset intestinal failure. Mutanen A, Heikkilä P, Lohi J, Raivio T, Jalanko H, Pakarinen MP. J Hepatol (2013) Sept 7, 2013 doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.hep.2013.09.003. [Epub ahead of print]

Posted on

Mitokondriaalisen DNA-helikaasin yli-ilmentäminen suojaa hiirtä sydämen vajaatoiminnalta estämällä sydänlihaksen fibroosin muodostumista

Kohonnut verenpaine on tunnettu sydämen vajaatoiminnan riskitekijä. Pitkäkestoinen paineylikuormitus saa aikaan sydänlihaksen soluissa muutoksia, mitkä johtavat sydämen toiminnan muutoksiin ja sitä kautta sen vajaatoimintaan. Sydänlihaksen solujen mitokondioiden toiminta on häiriintynyt ja etenkinkin mitokondiaalisen DNA:n (mtDNA:n) kopiomäärä laskenut vaajaatoimintaisessa sydänlihaksessa. Tämän tutkimuksen tarkoitus oli selvittää, voidaanko sydänlihaksen mtDNA:n kopiomäärää lisäämällä estää paineylikuormituksen aiheuttamia haitallisia vaikutuksia sydänlihakseen.

Henna Tyynismaa ja Anu Suomalainen-Wartiovaara ovat aikasemmissa töissään luoneet muuntogeenisen hiirikannan, joka yli-ilmentää Twinkle-proteiinia. Mainittu proteiini on mitokondriaalinen DNA-helikaasi, ja sen biologinen funktio – kuten muidenkin helikaasientsyymien – on erottaa kaksiketjuisen DNA:n (tai RNA:n) ketjut toisistaan erilleen käyttäen ATP:n hydrolyysistä vapautuvaa energiaa. Helikaasiaktiivisuus on keskeisen tärkeätä mm. DNA:n replikaatiolle, transkriptiolle ja ribosomien biogeneesille. Tässä suomalais-japanilaisessa tutkimuksessa todettiin, että Twinkle-proteiinin yli-ilmentäminen vähensi sydänlihaksen fibroosia ja pienensi sydämen toiminnan vajausta hiirillä, joilla oli aiheutettu paineylikuormitus ahtauttamalla aorttaa. Vaikka mtDNA:n kopiomäärä kasvoikin muuntogeenisillä Twinkle-hiirillä, niin helikaasin yli-ilmentämisen suotuisat vaikutukset olivat luultavimmin riippumattomia mitokondriaalisen elektronisiirtoketjun entsyymien aktiivisuuksista. Fibroottisten muutosten estyminen oli sopusoinnussa ns. profibrinogeenisiä entsyymejä koodittavien geenien alentuneen ilmentymisen kanssa Twinkle-hiirien sydänlihaksessa. Tutkimuksessa ei kuitenkaan pystytty selvittämään mekanismeja, joilla em. geeniaktiivisuuksien muutokset liittyvät helikaasientsyymin yli-ilmentämiseen.

Tutkimuksen tulokset tuovat mielenkiintoisen uuden näkökohdan kohonnen verenpaineen aiheuttaman sydämen vajaatoiminnan estämiseksi. Tulevan tutkimuksen haasteeksi jäänee ainakin kaksi avointa kysymystä. Onko mtDNA:n kopiomäärällä sama vaikutus ihmisen sydänlihakseen ja jos on, niin kuinka tähän määrään pystytään vaikuttamaan esim. fyysisellä rasituksella, kalorimäärän rajoituksella ja/tai lääkeaineilla?

Tanaka A, Ide T, Fujino T, Onitsuka K, Ikeda M, Takehara T, Hata Y, Ylikallio E, Tyynismaa H, Suomalainen A, Sunagawa K: The overexpression of twinkle helicase ameliorates the progression of cardiac fibrosis and heart failure in pressure overload model in mice. Plos One 8:e67642, 2013.