23.01.2013 Solujen viestintäjärjestelmät – Katri Koli

Viestintä elämän pienimpien toiminnallisten yksiköiden välillä vahvistaa mielikuvaa siitä, kuinka monimutkaisen järjestelmän ne todella kykenevät muodostamaan.Välitettävien viestien määrä ja monimuotoisuus saa ihmettelemään, kuinka esimerkiksi kudoksessa viesti lopulta saadaan välitettyä solulta toiselle. Tällä solubiologian osa-alueella todella riittää työsarkaa tutkijalle, ja kevään toisen asiantuntijaluennon tavoite olikin tutustuttaa meidät solujen kommunikointiin. Näkemystämme avartamaan oli saapunut Helsingin Yliopiston dosentti Katri Koli.

Yksittäinen viesti ei vielä muuta solun toimintaa suuntaan tai toiseen. Kuten minkä tahansa elävän kokonaisuuden, myös solun toiminta on riippuvainen usean ärsykkeen summasta. Kumulatiivinen ärsykkeisiin reagoiminen on tyypillistä siis myös ihmisellä: kaulaliinan unohtaminen kotiin ei vielä johda sairastumiseen, mutta jos yhtälöön lisää unenpuutteen, kehnon fyysisen kunnon ja yksipuolisen ruokavalion, on flunssa taattu.

Solut voivat välittää viestejä monella tapaa: viestiaineet voivat kulkeutua verenkierron kautta,kudoksessa lähiympäristön solujen erittämänä, solun sisäisesti, tai suoraan solusta toiseen solukalvon kautta. Erilaiset viestiaineet ovat pääasiassa hormoneja tai kasvutekijöitä. Erilaiset toiminnot, joita signaalit voivat solussa saada aikaan, ovat solun toiminnan ylläpito, solun erilaistuminen, solun jakautuminen ja solukuolema.Tämä kaikki oli selvää lukion kurssien perusteella, ja luennolla korostui kenties lääketieteen ja  lääketieteellisen tekniikan kannalta kiinnostavin seikka solujen viestinnässä: viestin välittyminen edellyttää, että juuri oikea viestiaine kiinnityy tälle spesifiseen reseptoriin solukalvolla, tai solun sisällä. Tämä perusajatus pohjana Katri Koli esitteli meille keskeisimpiä kasvutekijöitä ja hormoneja, sekä niiden reseptoreita.

Kasvutekijät ja niiden reseptorit ovat päasiassa proteiineja. Kasvutekijöitä riittää moneen tarkoitukseen, esimerkiksi epiteelisoluille, verihiutaleille tai hermosoluille. Kasvutekijät edistävät nimensä mukaisesti solujen kasvamista, ja kiinnittymällä niille ominaisiin solukalvon reseptoreihin (proteiineja, usein homo- tai heterodimeerejä), saavat ne soluliman puolella aikaan entsymaattisten reaktioketjujen aktivoitumista. Transformoiva kasvutekijä TGF-beta (Transforming Growth Factor-beta) on erityisesti tutkittu ja monipuolinen kasvutekijä, joka saa solussa aikaan kullekin solulle ominaisia tapahtumia.TGF-beta mm. säätelee epiteelisolujen kasvua ja joidenkin solujen tarttumista ja liikkumista, sekä esimerkiksi soluväliaineen koostumusta.

Hormonit voivat olla koostumukseltaan polypeptidejä (esimerkiksi insuliini ja kasvuhormoni), aminohappojohdannaisia (mm. tyroksiini) tai steroideja (kuten D3-vitamiini, testosteroni, andro- ja estrogeeni). Steroidit kykenevät läpäisemään solukalvon, mutta muut hormonit toimivat kasvutekijöiden tavoin solukalvon reseptorien välityksellä.

Hormonien ja kasvutekijöiden tunteminen on ollut avain avain useiden eri lääketieteellisten sovellusten kehittämisessä. Reseptoreihin vaikuttamalla saadaan soluissa aikaan tiloja, jotka voivat olla hyödyllisiä. Esimerkiksi haitallisista soluista eroon pääseminen saattamalla solu ohjelmoituneesen solukuolemaan, apoptoosiin, on tarpeellista monessa mielessä, esimerkiksi hoidettaessa pahanlaatuista syöpää.

Loppuosa luennosta käsittelikin sairautta, joka on aiheuttanut päänvaivaa tutkijoille halki vuosikymmenten. Syöpä on monimuotoinen sairaus, jonka lähtökohta on mutaatio niin kutsutun esisyöpäsolun perimässä. Mutaation seurauksena solu saa kasvuedun suhteessa muihin soluihin ja verisuonituksen avulla syöpäsolu pystyy levittäytymään ympäri kehoa muodostaen etäpesäkkeitä.

Syöpätutkimus tuottaa jatkuvasti uutta tietoa taudin rajoittamiseksi, tai parantamiseksi kokonaan. Viimeisimpiä tutkimustuloksia esitteli DNA-kaksoiskierteen löytämisestä Nobel-palkinnon saanut James Watson. Royal Societyn Open Biology-lehdessä 8.1.2013 julkaistun artikkelin mukaan solujen reaktiiviset happiyhdisteet saattavat olla avain tulevaisuuden syöpätutkimuksessa, sillä ne auttavat tuhoamaan etäpesäkkeitä lähettäviä, pitkälle edenneitä syöpiä. Reaktiivisten happiyhdisteiden kyky tappaa syöpäsoluja perustuu suurelta osin niiden herättämään apoptoosiin. Antioksidantit syöpäsoluissa tekevät solut täten resistenteiksi perinteisille hoitomenetelmille, kuten sädehoidolle, jonka teho perustuu juuri kyseisten happiyhdisteiden tuotantoon.

Epigeneettiset muutokset solussa voivat myös saada aikaan syövän muodostumisen, mikä oli mielenkiintoista kuulla. Epigeneettisillä muutoksilla tarkoitetaan muutoksia DNA:ssa, jotka eivät liity DNA:n emäsjärjestykseen. Tällaisia muutoksia voivat olla esimerkiksi DNA:ta käsittelevien entsyymien toiminnan muuttuminen.

Luento muistutti jälleen kerran kuinka vähän lopulta tiedämme solujen toiminnasta. Kuinka pitkään saamme odottaa ennen kuin tietokone kykenee mallintamaan edes yksinkertaisen elimen solujen vuorovaikutusta? Samaan aikaan kun opimme lisää solujen toiminnasta, yhä uusia ilmiöitä tulee esiin ja meille tuntematon aines lisääntyy. Miljardien vuosien aikana elämä on ehtinyt kehittyä niin monimutkaiseksi, että emme kenties koskaan täydellisesti selville sen kaikkia toimintaperiaatteita. Tutkimalla elämän kannalta keskeisimpiä osa-alueita, kuten solujen viestintäjärjestelmiä, voimme kuitenkin lähestyä tietoutta, joka riittää täyttämään ihmisen tarpeet esimerkiksi tiettyjen lääketieteellisesti kiinnostavien kohteiden, kuten syövän kannalta.