Perimän toimintaan voi vaikuttaa

    Keijo Viiri tutkii ohutsuolen kantasoluista kasvatettua ”mini-suolta” mikroskoopilla. Ohutsuolen suolinukka uudistuu läpi koko elämän. Keliaakikoilla uudistumisprosessi häiriintyy, ja tämä on yhteydessä gluteenin aiheuttamiin ohutsuolen vaurioihin.

    Keijo Viiri tutkii ohutsuolen kantasoluista kasvatettua ”mini-suolta” mikroskoopilla. Ohutsuolen suolinukka uudistuu läpi koko elämän. Keliaakikoilla uudistumisprosessi häiriintyy, ja tämä on yhteydessä gluteenin aiheuttamiin ohutsuolen vaurioihin.

    Geenit ovat syntymässä saadut, mutta ympäristö vaikuttaa siihen, miten ne tulevat esille ihmisessä. Epigenetiikka on mukana monessa sairaudessa.

     

    Biologian perussäännöt ovat menneet uusiksi perimän osalta. Syynä on geeneistä saatu uusi tutkimustieto, jota on saatu viime vuosina huimasti kehittyneiden tutkimusmenetelmien ansiosta.

    Tutkijatohtori Keijo Viiri muistaa koulun biologian tunnilta niin kutsutun Lamarckismin käsitteen, jonka mukaan eliön elinaikanaan hankkimat tai menettämät ominaisuudet voivat periytyä jälkipolville. Ajatukselle naurettiin − kirahvilasten kaulat eivät pitene, vaikka niiden äidit ja isät kuinka kurottelisivat puista lehtiä. Sillä tavoin hankittuja ominaisuuksia ei katsottu voivan periytyä seuraaville sukupolville. Kunnes…

    – Ei todellakaan voi sanoa, että kaulat pitenevät kurottelemalla, mutta mikrotasolla jotain hankinnaista perimässä näyttäisi kyllä olevan. Genomi keskustelee koko ajan ympäristön kanssa, ja tätä ilmiötä uusi tieteenhaara ympäristöepigenetiikka pyrkii selvittämään, Viiri kertoo.

    Genomi on ikään kuin kovalevy, tietokone, ja epigenomi on software siinä päällä.

    Muun muassa Washingtonin yliopiston professori Michael K. Skinner on kirjoittanut aiheesta paljon sekä tieteellisiä että kansantajuisia artikkeleita.

    Esimerkiksi ravinnon määrä ja ympäristömyrkyt muokkaavat epigenomista tasoa ihmisen genomissa. Epi tarkoittaa jonkun päällä, ja sitä epigenominen taso on: toiminnallinen ja ympäristövaikutuksille altis taso genomin eli ihmisen koko DNA:han koodatun perintöaineksen päällä.

    Tunnetuin ja tutkituin esimerkki epigenetiikan vaikutuksesta ihmispopulaatiossa on Saksan langettama kauppasaarto miehittämilleen alueille Hollannissa toisen maailmansodan lopussa. Puoleen vuoteen Hollantiin ei saatu käytännössä lainkaan tuontiruokaa, ja ihmisten päivittäisen kalorimäärät putosivat n. 500–600 kilokaloriin päivässä.

    Nälänhädän aikana raskaana olleiden naisten jälkeläisillä oli merkittäviä sokeriaineenvaihdunnan häiriöitä. Lisäksi seuraavan sukupolven jälkeläisten syntymäpaino oli merkitsevästi suurempi. Vielä 60 vuotta myöhemminkin nälänhädän kokeneiden sukuhaaroissa esiintyi merkitsevästi enemmän ylipainoa, sydänsairauksia ja mm. rintasyöpää. Tutkimuksissa havaittiin, että jälkeläisten tietyissä kasvuun ja aineenvaihduntaan osallistuvien geenien metylaatioissa oli huomattavia muutoksia. Ympäristötekijä eli nälänhätä aiheutti epigeneettisen muutoksen.

    Metylaatio: DNA:han liitettävä kemiallinen metyyli-ryhmä, joka vaikuttaa geenien luentaan. Myös DNA:ta pakkaava histoniproteiini voi metyloitua ja vaikuttaa geenin luentaan.

    Epigenomi muuttui niillä lapsilla, jotka olivat sikiövaiheessa silloin, kun äiti oli vähäkalorisella dieetillä. Ympäristö vaikutti niin radikaalisti geenien luentaan ja ilmiasuun vielä kymmenien vuosien jälkeenkin.

    Nälänhädän kokivat kuitenkin äidin lisäksi sekä sikiö että sikiön sukusolut, joten kyseessä ei vielä ole varsinainen sukupolvelta toiselle periytyvä epigeneettinen muutos.

     

    Epigenetiikan vaikutuksia tutkitaan monissa syövissä. Esimerkiksi paksusuolen syövistä tiedetään, että DNA:n metylaatio eli eräänlainen epigeneettinen muutos on niissä mukana.

    Epigenetiikasta voidaan puhua kahdella tasolla: laajasti koko yksilön perimään vaikuttavana ilmiönä tai solutasolla yksittäisissä elimissä.

    Keijo Viirin johtamassa tautiepigenomiikan tutkimuksessa Tampereen yliopiston lasten terveyden tutkimuskeskuksessa ei tutkita periytyvyyttä vaan epigenetiikkaa ohutsuolen solujen toiminnassa. Tutkimuskohteena on keliakia, joka on vehnän, rukiin ja ohran valkuaisen aiheuttama sairaus.

    Kun keliaakikko syö gluteenia sisältävää ruokaa, hänen ohutsuolensa suolinukkaan tulee vaurioita. Suolinukka on rakenteeltaan ikään kuin pitkä sauva, joka gluteenin vaikutuksesta painuu kasaan. Suolinukan toiminta perustuu sen pohjalla oleviin kantasoluihin, jotka lisääntyvät läpi koko ihmisen elämän. Kantasolut erilaistuvat jatkuvasti eli muuttuvat ohutsuolen muuksi solukoksi.

    Erilaistuminen: Kantasoluilla on kyky muuttua miksi tahansa elimistön kudokseksi.

     

    Ensin Viirin tutkimusryhmä halusi selvittää, miten epigenetiikka on mukana ohutsuolen kantasolujen erilaistumisessa. Tutkimustulokset ovat vasta julkaisuprosessissa, joten kovin tarkasti niistä ei voi puhua, mutta alustavien löydösten mukaan tietty epigeneettinen säätelymekanismi on mukana ohutsuolen erilaistumisessa.

    – Havaitsimme, että keliaakikoilla ohutsuolen kantasolujen erilaistuminen häiriintyy kyseisen epigeneettisen säätelijän johdosta. Näin ollen ravinteita hyödyntävä pinta-ala ohutsuolessa pienenee huomattavasti.

    Paljon käytetty vertaus on, että jos terveellä ihmisellä ohutsuolen pinta-ala on tenniskentän kokoinen, niin keliaakikolla se on syöttöruudun kokoinen.

     

    Viiri uskoo, että tutkimuksen tuloksia voidaan myöhemmin hyödyntää keliakian diagnosoinnissa.

    – Olemme löytäneet ohutsuolesta kohdegeenejä, jotka ovat epigeneettisesti säädeltyjä. Olemme seuloneet niitä jonkin verran, ja näyttää siltä, että tietty epigeneettinen säätely on ikään kuin liikaa päällä ympäristötekijän, tässä tapauksessa gluteenin, vaikutuksesta, Viiri sanoo.

    Tämä ylläpitää häiriötilaa keliaakikon ohutsuolessa, kun hän syö gluteenia sisältävää ruokaa.

    Toisin sanoen epigeneettinen säätely on ainakin osaltaan estämässä kantasolujen normaalia toimintaa ohutsuolessa.

    Keliakian hoitoon löydöksistä ei välttämättä ole apua. Keijo Viirin mukaan epigeneettisiä muutoksia voi olla vaarallista lähteä lääkitsemään, koska siinä voidaan tahattomasti vaikuttaa monen muunkin kudoksen erilaistumiseen. Sen sijaan sairauden tunnistamiseen tutkimuslöydöksistä voidaan odottaa olevan apua.

    Tautiepigenomiikan tutkimusta Tampereen yliopistossa rahoittavat Suomen Akatemia, Tekes, Juséliuksen säätiö, Päivikki ja Sakari Sohlbergin säätiö ja valtion tutkimusrahoitus.

     

    finnmedi 230316 JR 05

    Epigenetiikka ilmiönä herättää kysymyksen siitä, mikä ihmisen vastuu on − paitsi omasta, myös jälkeläistensä terveydestä.

    Viime vuosina epigeneetiikka on noussut suosituksi tutkimusaiheeksi lääketieteessä. Ilmiö on kuitenkin vanha ja perustavanlaatuinen.

    Alun perin ajateltiin, että ihmisen genomissa on neljä erilaista nukleotidia. A, T, G ja C. Mutta sittemmin on havaittu, että niitä on kuusi. Epigeneettistä tasoa ovat uusimmat havainnot, niin kutsutut metyloituneet ja hydroksi-metyloituneet C:t, joihin ympäristötekijät voivat vaikuttaa.

    Jo 1970-luvulla havaittiin, että on joitain geenejä, joiden ilmeneminen riippuu siitä, kummalta vanhemmalta geeni on peräisin. Jos tietyt geenit tulevat äidiltä lapselle, ne on vaimennettu, eli nämä ominaisuudet eivät näy lapsessa, mutta jos tulevat isältä, ne ovat aktiivisia, ja toisin päin. Epigenetiikka selittää tätä ilmiötä.

    – Genomi on ikään kuin kovalevy, tietokone, ja epigenomi on software siinä päällä. Epigeneettinen taso, softa, päättää, mitkä geenit avataan ja mitkä suljetaan, tutkijatohtori Keijo Viiri sanoo.

    Epigeneettisiä mekanismeja on useita. Mutta vasta kun esimerkiksi raskaana olevan äidin kokema, ympäristötekijän aiheuttama epigeneettinen muutos näkyy lapsenlapsenlapsessa, voidaan puhua todellisesta sukupolven välisestä epigeneettisestä periytymisestä. Ympäristötekijän kokevat äidin ohella aina myös sikiö ja siinä olevat sukusolut, eli vasta jos muutos näkyy neljännessä sukupolvessa, kyseessä on epigeneettinen periytyminen.

    – Ihmisillä tämä on vielä varsin epäselvää, mutta esimerkiksi sukkulamadoilla on havaittu, että kun mato altistettiin tietylle tuoksulle, niin yli 40 sukupolven päästäkin jälkeläiset ”muistivat” tuoksun ja reagoivat siihen tietyllä tavalla, Viiri kertoo.

     

    finnmedi 230316 JR 08Kaikissa soluissa on yksi ja sama perimä, joitain valkosoluja lukuunottamatta, mutta silti ihmisessä on huikea määrä erilaisia solutyyppejä. Mikä on systeemi, joka ohjaa solujen muodostumista? Tämä ongelma kiinnosti Keijo Viiriä jo opiskelijana.

    – Sillä aikaa kun itse valmistuin tohtoriksi, tutkimusmenetelmät kehittyivät huikeasti. Tuli mahdolliseksi selvittää yhdessä päivässä sellainen asia, joka minun opiskeluaikanani kesti vuosia.

    Viirin hypoteesi oli, että epigenetiikan täytyy olla myös ohutsuolen kantasolujen erilaistumisessa mukana. Hän oli ensin post doc -tutkijana Iso-Britanniassa, mutta saatuaan Suomen Akatemian rahoituksen hän palasi Suomeen tutkimaan asiaa.

    – Nyt epigenetiikkaa ovat vauhdittaneet syväsekvensointimenelmät. Ennen niitä sekvensointi oli tolkuttoman hidasta.

    Sekvensointi: DNA:n nukleotidien kartoittaminen.

    Muutamissa tunneissa voidaan sekvensoida eli kartoittaa tarkasti koko ihmisen genomi, ja kaiken lisäksi se ei ole kallista. Epigenetiikkaa tutkittaessa tarvitaan juuri tällaisia menetelmiä.

    Keijo Viiriä kiehtoo ajatus, että ihmisen perimä on muokattavassa.

    – Asiat eivät olekaan niin fataaleja. Että kun saat nämä geenit, niin that´s it ja asialle ei voi tehdä mitään. Mielestäni se oli jotenkin huikea ajatus, että näitä mekanismeja voidaan selvittää.

    Viiri ei ole kliininen tutkija, vaan sanoo olevansa enemmän ”molekyylikiikki”. Häntä kiinnostavat epigeneettiset ilmiöt ylipäänsä. Mutta tietenkin on tärkeää, että tutkimuksesta on apua potilaille eli tässä tapauksessa keliaakikoille.

    – On paljon mielekkäämpää tutkia asioita, joissa on kliininen tarkoitus. Monesti suuret löydöt löytyvät kuitenkin perustutkimuksesta, ja sitten löydös on sovellettavissa melkein kaikkiin sairauksiin.

     

    Viime vuosina Suomessakin on kirjoitettu artikkeleita epigenetiikasta. Muun muassa Helsingin Sanomissa on ollut Keijo Viirin opiskelutoverin tutkimuksiin liittyviä juttuja. Hän on tutkinut, miten raskauden aikainen alkoholinkäyttö vaikuttaa epigenomiin ja sikiön terveyteen.

    Viiri sanoo, että epigenetiikka ilmiönä herättää kysymyksen siitä, mikä ihmisen vastuu on − paitsi omasta, myös jälkeläistensä terveydestä.

    – Oma käyttäytyminen voi muokata epigenomia ja samalla myös jälkeläisten terveyttä. Kyllä se jollain tapaa lisää yksilön vastuuta. Tästä voisi tehdä raflaavia otsikoita Mooseksen kirjasta, jossa isien synnit kostetaan neljänteen sukupolveen. Ehkä se on jo vähän yliampuvaa.

    Väitöskirjatutkija Mikko Oittinen (oikealla) työskentelee Keijo Viirin tautiepigenomiikan projektissa. Tutkimus on osa laajempaa keliakian tutkimusta, jota Tampereen yliopistossa tehdään.

    Väitöskirjatutkija Mikko Oittinen (oikealla) työskentelee Keijo Viirin tautiepigenomiikan projektissa. Tutkimus on osa laajempaa keliakian tutkimusta, jota Tampereen yliopistossa tehdään.

     

    Teksti Tiina Lankinen
    Kuvat Jonne Renvall