Kun solu ei jaksa hengittää

Jopa satojen erilaisten sairauksien taustalla on mitokondrioiden toimintahäiriö. Akatemiatutkija Riikka Martikainen selvittää, mitä mitokondriotauteihin sairastuneiden soluissa tapahtuu.

Teksti Ulla Kaltiala Kuvitus Raija Törrönen

Mitokondriot ovat soluelimiä, joiden keskeinen tehtävä on tuottaa energiaa solujen käyttöön. Ne huolehtivat soluhengityksestä eli muuttavat nauttimamme ravintoaineet hengittämämme hapen avulla energiaksi soluille. Häiriöt niiden toiminnassa voivat ilmetä moninaisina oireina ja jopa kuolemaan johtavina sairauksina.

Mitokondriotautien taustalta on löydetty satoja eri geenivirheitä, ja samakin geenivirhe voi jopa saman perheen jäsenillä johtaa täysin erilaiseen taudinkuvaan. Oireiden kirjoon kuuluvat esimerkiksi lihasheikkous, etenevä kehitysvamma, epilepsia ja muut aivosairaudet, sydän- ja maksaoireet, kuulo- ja näkövammat ja diabetes.

– Yleisimpiä ovat oireet paljon energiaa tarvitsevissa kudoksissa, kuten lihaksissa, sydämessä tai aivoissa. Mitokondriotaudit ovat usein monielinsairauksia. Jos esimerkiksi diabetekseen liittyy kuulovamma, on syytä epäillä mitokondriotautia, akatemiatutkija Riikka Martikainen kertoo.

Hän pyrkii tutkimuksessaan selvittämään, mitä sairastuneiden soluissa tapahtuu.

– Tällä hetkellä mitokondriotauteihin ei ole parantavia hoitoja. Vaikka taustalla olevista geenivirheistä tiedetään paljon, tautimekanismit tunnetaan vielä huonosti.

Mitokondriotauti voi jäädä tunnistamatta juuri oireiden vaihtelevuuden vuoksi. Diagnoosi voidaan kuitenkin usein tehdä lihaskoepalan, eri merkkiaineiden tai geenitestin perusteella. Varhaislapsuudessa puhkeavat mitokondriotaudit ovat yleensä vaikeita ja eteneviä, myöhemmällä iällä ilmenevät lievempiä.  

 

Mitokondrioiden oletetaan kehittyneen happea hyödyntäneistä bakteereista, jotka päätyivät solujen sisään molempia osapuolia palvelevaan yhteiseloon. Ne ovat myös jääneet osin itsenäisiksi toimijoiksi solussa, sillä ne sisältävät omaa DNA:ta.

Mitokondrioiden toimintaa säätelee sekä niiden oma että solun tumassa sijaitseva DNA, ja mitokondriotauteja aiheuttavia geenivirheitä on löydetty molemmista. Tuman geenivirheistä johtuvat mitokondriotaudit voivat periytyä kummalta tahansa vanhemmalta.

Mitokondriot ja niiden geenivirheistä johtuvat mitokondriotaudit sen sijaan periytyvät pelkästään äidiltä. Taudin puhkeamiseen ja vaikeusasteeseen vaikuttaa se, kuinka suuri osa solun lukuisten mitokondrioiden DNA:sta on virheellistä.  

Ulkoisetkin tekijät, kuten alkoholi, sytostaatit tai antibiootit, voivat vaurioittaa mitokondrion DNA:ta. Lisäksi vaurioita voivat etenkin iän myötä aiheuttaa soluhengityksen päästöinä syntyvät vapaat happiradikaalit ja mitokondrio-DNA:n jatkuvassa kopioinnissa tapahtuvat virheet.

– Tämä on ajateltu osaltaan selittävän ikääntymiseen liittyvää kudosten rappeutumista.  

Mitokondrioiden vajaatoiminta voi vaikuttaa monien iän myötä yleistyvien sairauksien, kuten Alzheimerin ja Parkinsonin tautien, sydän- ja verisuonitautien sekä syövän kehittymiseen, vaikka taudin ensisijainen syy olisi muualla. Mitokondrioiden heikko toiminta näyttää altistavan myös lihavuudelle.

 

Mitokondriotautien tutkimukseen on vaikeaa kehittää geenimuokattuja eläinmalleja, koska mitokondrio-DNA:ta ei voi muokata kohdennetusti. Hoitojen kehittämiseksi olisi kuitenkin tärkeää selvittää, miten geenivirheet vaikuttavat solujen toimintaan ja miksi tauti voi ilmetä eri potilailla niin eri tavoin.

Martikaisen tutkimusryhmä käyttää teknologiaa, jonka avulla mitokondriotautia sairastavien potilaiden ja terveiden verrokkien luovuttamista ihosoluista uudelleenohjelmoidaan kantasoluja.

– Kantasolut erilaistetaan sydänsoluiksi ja aivosoluiksi, joissa on mukana potilaan kantama geenivirhe. Niiden avulla pyrimme selvittämään, mikä sairastuneessa solussa menee pieleen.

Solut luovuttaneilla potilailla on mitokondrion DNA:ssa emäksen 3 243 mutaatio, joka aiheuttaa yleisintä mitokondriotautia, MELAS-oireyhtymää. Ryhmä on havainnut sen johtavan muun muassa kalsiumin käsittelyn ongelmiin sydänsoluissa. Kalsium on tärkeä viestimolekyyli sekä sydän- että hermosoluissa.

Pienestä ihonäytteestä valmistetuista kantasoluista voi erilaistaa periaatteessa loputtomasti mitä tahansa aikuisen solutyyppejä. Niillä voidaan myös testata tautiin kehitettäviä lääkkeitä.

– Tuotetut solut muistuttavat tosin enemmän alkion tai vastasyntyneen kuin aikuisen soluja, mutta etuna on, että niistä on mahdollista löytää varhaisia tautimuutoksia, joita voitaisiin hoitaa jo ennen kuin tauti etenee.  

 

Tällä hetkellä mitokondriotautien hoitokeinot ovat rajalliset ja mahdollistavat lähinnä oireiden lievittämisen. Joillakin potilailla on puutostiloja, joissa voivat olla hyödyksi ravintolisät.

– Hoitokokeiluissa lupaavia tuloksia on saatu ainakin nukleotiditerapiasta, jossa soluihin viedään niistä puuttuvaa mitokondrio-DNA:n rakennusainetta. Sillä on voitu pysäyttää lihastaudin eteneminen, Martikainen kertoo.

Mitokondriotaudin periytyminen äidiltä lapselle on nykyisin jo mahdollista estää koeputkihedelmöityksellä, jossa lapsi saa muuten perimänsä äidiltä ja isältä, mutta mitokondrio-DNA tulee terveeltä munasolun luovuttajalta. Tällainen kolmen vanhemman tekniikka on Britanniassa jo hyväksytty tilanteissa, joissa se voi pelastaa lapsen vaikealta mitokondriotaudilta.

Julkaistu Saima-lehdessä 1/2019