Takaisin

Tutkimus valaisee CD44-reseptorin vaikutusta solunulkoisten vesikkelien toimintaan

Väitös biolääketieteen alalta

Väittelijä: FM Kai Härkönen

Aika ja paikka: 18.1.2020 klo 12, Snellmania SN200, Kuopion kampus

Filosofian maisteri Kai Härkösen väitöstutkimus selvitti CD44-reseptorin vaikutusta solunulkoisten vesikkelien tuotantoon sekä vuorovaikutukseen solujen kanssa. Tutkimus osoitti korrelatiivisen valo- ja elektronimikroskopian erinomaiseksi työkaluksi solunulkoisten vesikkelien ja kohdesolujen välisten vuorovaikutusten tutkimisessa. Tulokset valaisevat solujen välisen viestinnän kannalta tärkeiden solunulkoisten vesikkelien toimintaa ja edistävät tutkimusmenetelmien kehitystä.

CD44 on solukalvoreseptori, jonka välityksellä solut vuorovaikuttavat toistensa sekä soluväliaineen rakenneosasten, kuten hyaluronaanin, kanssa. CD44:ää ilmennetään runsaasti etenkin tulehtuneissa ja vahingoittuneissa kudoksissa.

Solujen välinen viestintä pitää yllä tasapainotilaa terveessä kudoksessa. Tätä viestintää tapahtuu elimistössämme monin eri tavoin: solujen suoran kontaktin kautta, viestimolekyylien kuten hormonien välityksellä, hermojen ja lihasten välillä synaptisesti, jolloin sähköinen signaali muuttuu kemialliseksi viestiksi, sekä solunulkoisten vesikkelien välityksellä.

Solunulkoiset vesikkelit ovat solujen erittämiä pienen pieniä solukalvorakkuloita, joiden avulla solut viestivät keskenään. Niiden välityksellä solut voivat lähettää toisilleen erilaisia molekyylejä, kuten DNA:ta ja RNA:ta, ja siten vaikuttaa muiden solujen toimintaan. Solunulkoisissa vesikkeleissä solujen lähettämät molekyylit ovat suojassa niitä hajottavilta entsyymeiltä, mikä mahdollistaa niiden kuljetuksen pitkänkin matkan päähän lähtösolusta esimerkiksi verenkierron välityksellä.

Nykykäsityksen valossa kaikki solutyypit erittävät solunulkoisia vesikkeleitä. Niitä erittyy sekä elimistön normaalissa toiminnassa sekä erilaisissa sairauksissa, kuten syövässä. Syöpäsolujen on osoitettu käyttävän vesikkeleitä leviämisensä tukena monin eri tavoin. Vesikkeleiden avulla syöpäsolut voivat harhauttaa elimistön immuunipuolustusta sekä valmistella ympäristöään suotuisaksi esimerkiksi etäpesäkkeille.

Solunulkoiset vesikkelit heijastavat emosolujensa ominaisuuksia. Tästä syystä niiden avulla voidaan tulkita emosolujen tilaa, mikä mahdollistaa niiden käytön biomarkkereina esimerkiksi syövän varhaisvaiheen diagnostiikassa. Koska solunulkoisia vesikkeleitä voidaan kerätä kaikista elimistömme nesteistä, kuten verestä, virtsasta ja hiestä, perinteisen koepalan korvaaminen ”nestemäisellä koepalalla” voi tulevaisuudessa mullistaa diagnostiikan. Solunulkoisten vesikkelien merkityksen ymmärtämiseksi onkin tärkeää pystyä havaitsemaan muutoksia niiden kuljettamassa kuormassa sekä tutkia miten eri tekijät vaikuttavat niiden vuorovaikutukseen kohdesolujen kanssa.

Härkösen väitöstutkimuksen mukaan CD44-reseptorin ilmentäminen syöpäsoluissa aiheuttaa tiiviin hyaluronaanivaipan muodostumisen solun pinnalle. CD44-reseptoria sekä hyaluronaania kuljetetaan solunulkoisten vesikkelien pinnalla ja siten ne voivat vaikuttaa vesikkeleiden ja solujen väliseen vuorovaikutukseen. CD44-reseptorin ilmentämisen sekä lisääntyneen hyaluronaanituotannon todettiin olevan yhteydessä etäpesäkkeiden lähettämisen kannalta tärkeään epiteeli-mesenkyymi-transitioon eli tapahtumaan, jossa normaalisti paikoillaan pysyvät epiteelisolut muuttuvat liikkuvammiksi kantasolumaisiksi soluiksi. Tämä havainto tukee myös aiempien tutkimusten tuloksia.

Solunulkoisten vesikkelien pieni koko on yksi niiden tutkimisen keskeisistä haasteista. Niiden halkaisija on keskimäärin alle sadan nanometrin luokkaa, minkä takia niiden rakennetta ei kyetä juurikaan tutkimaan valomikroskopian keinoin. Elektronimikroskopialla päästään resoluutiossa nanometrien tarkkuuteen ja voidaan tutkia solunulkoisten vesikkelien rakennetta. Elektronimikroskopian puutteena verrattuna valomikroskopiaan on kuitenkin sen heikommat mahdollisuudet proteiinien tutkimiseen.

Väitöstutkimuksessa solunulkoisten vesikkelien tutkimiseksi testattiin korrelatiivista valo- ja elektronimikroskopiaa eli tekniikkaa, joka yhdistää molempien kuvaustapojen parhaat puolet. Kohde kuvataan ensin valonlähteenään laseria käyttävällä konfokaalimikroskoopilla ja sitten pyyhkäisyelektronimikroskoopilla. Tulosten perusteella korrelatiivinen valo- ja elektronimikroskopia on luotettava menetelmä solunulkoisten vesikkelien ja kohdesolujen välisten vuorovaikutusten tutkimiseen.

Filosofian maisteri Kai Härkösen väitöskirja CD44 and extracellular vesicles – Studies on the role of CD44 in vesicle biogenesis, detection and cellular interactions (CD44 ja solunulkoiset vesikkelit – Tutkimuksia CD44 -reseptorin roolista solunulkoisten vesikkelien erityksessä, havaitsemisessa sekä vuorovaikutuksesta solujen kanssa) tarkastetaan Itä-Suomen yliopiston terveystieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä toimii Rienk Nieuwland Amsterdamin yliopistosta ja kustoksena dosentti Kirsi Rilla Itä-Suomen yliopistosta.

Kai Härkönen on syntynyt vuonna 1990 Nurmeksessa ja kirjoittanut ylioppilaaksi Nurmeksen lukiosta vuonna 2009. Hän on suorittanut filosofian maisterin tutkinnon molekulaarisen lääketieteen alalta vuonna 2015 Itä-Suomen yliopistosta.

Väittelijän painolaatuinen kuva on osoitteessa https://mediabank.uef.fi/A/UEF+Media+Bank/35689?encoding=UTF-8