Molekulaarisen lääketieteen alaan kuuluva väitöskirja tarkastetaan terveystieteiden tiedekunnassa Kuopion kampuksella.
Mikä on väitöstutkimuksesi aihe? Miksi aihepiiriä on tärkeää tutkia?
Tutkimukseni kohteena olivat ihmisen aivojen immuunisolut, mikrogliat. Immuunivasteen lisäksi mikroglioilla on tärkeä rooli aivojen hyvinvoinnissa. Viimeaikainen tutkimus on korostanut mikrogliojen merkitystä hermostorappeumasairauksissa, kuten Alzheimerin tai Parkinsonin taudissa. Suuri osa tutkimuksesta tehdään eläinmalleissa tai eläinperäisiä soluja käyttäen. On kuitenkin huomattu, että ihmisen mikrogliat eroavat eläinmallien mikroglioista monella tapaa, joten hermostorappeumasairauksien mekanismien ymmärtämiseksi olisi tärkeää tutkia juuri ihmisen mikroglioja.
Väitöskirjassani käsittelen kolmea erillistä hermostorappeumasairauksien riskitekijää ja niiden vaikutusta ihmisen mikroglioihin. Tavoitteena oli tutkia miten nämä tekijät muuttavat mikrogliojen geenien säätelyä tai toimintaa. Havaitut muutokset antavat vihjeitä siitä, voivatko kyseiset tekijät aiheuttaa mikroglioissa hermostorappeumasairauksiin liittyviä muutoksia.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tulokset tai havainnot?
Tutkimuksessani käsiteltyihin riskitekijöihin kuuluivat geneettiset tekijät, APOE4/4-variantti ja LRRK2-G2019S-mutaatio, sekä liikenteestä peräisin olevat ilmansaasteet. APOE4/4-varianttia kantavilla henkilöillä on suurentunut riski sairastua Alzheimerin tautiin. Vertaamalla APOE4/4-varianttia kantavia mikroglioja APOE3/3-varianttia kantaviin mikroglioihin, huomasimme että APOE4/4 aiheutti muutoksia mikrogliojen toiminnoissa, kuten heikentynyttä mitokondrioiden toimintaa sekä lisääntynyttä sytokiinien eritystä. Kun tutkimme Parkinsonin tautiin liitetyn LRRK2-G2019S-mutaation vaikutusta, huomasimme että mutaatio aiheutti pienempiä muutoksia mikrogliojen toiminnassa ja erot olivat enemmän solulinjakohtaisia.
Erityisen kiinnostava tutkimusasetelma oli liikenteestä peräisin olevien ilmansaasteiden vaikutus mikroglioihin. Altistus ilmansaasteille on tiedostettu äskettäin riskitekijäksi hermostorappeumasairauksille. Käyttämällä kolmea erilaista dieselpohjaista saastetta tutkimme kuinka suora altistus saasteille vaikuttaa mikrogliojen toimintoihin. Vanhalla moottori- sekä dieseltekniikalla tuotetut saasteet häiritsivät mikrogliojen solusyöntiä sekä lysosomien toimintaa, kun taas uudella moottorilla ja dieseltekniikalla tuotetut saasteet eivät vaikuttaneet mikrogliojen geenien säätelyyn tai toimintaan. Tutkimuksemme osoittaa, että saasteet voivat häiritä mikrogliojen toimintaa mikä osaltaan voi edesauttaa hermostorappeumasairauksien kehittymistä. On kuitenkin positiivista, että uudella moottori- ja dieseltekniikalla tuotetuilla saasteilla ei ollut vaikutusta mikroglioihin.
Kantasoluista tuotetut mikrogliat ovat yksinkertaistettu malli ihmisen mikroglioista, mutta ne tarjoavat kuitenkin mahdollisuuden tehdä esimerkiksi useita erilaisia toiminnallisia testejä. Mikrogliat ovat herkkiä soluja ja muutokset niiden kasvuympäristössä voivat merkittävästi vaikuttaa niiden toimintaan. Tämän takia tutkimusryhmässämme on kehitetty myös uusia malleja, joissa mikroglioja kasvatetaan kolmiulotteisessa hermosoluja sisältävässä organoidissa, joka mallintaa paremmin mikrogliojen normaalia ympäristöä aivoissa. Jatkammekin tutkimusta seuraavaksi tällaisissa organoidimalleissa ja varmistamme, tapahtuuko niissä samanlaisia muutoksia. Tutkimme esimerkiksi voiko saastealtistus vaikuttaa mikrogliojen sekä hermosolujen väliseen kanssakäymiseen ja hermostoverkoston toimintaan.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tutkimusmenetelmät ja -aineistot?
Ihmisen indusoidut kantasolut (induced pluripotent stem cells, iPSC) ovat mahdollistaneet monien eri solutyyppien tuottamisen laboratorio-olosuhteissa. Väitöskirjatutkimukseni perustuukin malliin, jossa ihmisen mikroglioja tuotetaan näistä kantasoluista. Geneettisten tekijöiden vaikutusta voidaan tutkia käyttämällä kantasoluja, jotka ovat peräisin esimerkiksi Parkinsonin tautiin liittyvää LRRK2-G2019S-mutaatiota kantavalta henkilöltä. Vertailua varten tarvitaan kontrollilinja, joka voi olla peräisin terveestä henkilöstä tai jossa alkuperäinen linja on korjattu geenitekniikan menetelmillä. Ympäristötekijöiden vaikutusta tutkiessamme käytimme kantasoluja, jotka olivat peräisin terveistä henkilöistä.
Tutkimukseni on ollut osa useampaa projektia. Esimerkiksi Parkinsonin tautiin liittyvän mutaation tutkiminen on ollut osa Olav Thon -järjestön rahoittamaa tutkimusta, kun taas ilmansaasteiden tutkimus kuuluu EU:n Horisontti 2020 -puiteohjelman rahoittamaan Transport Derived Ultrafines and the Brain Effects -hankkeeseen, jossa tutkittiin laaja-alaisesti ilmansaasteiden vaikutusta aivojen terveyteen.
Filosofian maisteri Sohvi Ohtosen väitöskirja Neurodegeneration linked genetic and environmental factors in in vitro human microglia model: focus on APOE, LRRK2 and traffic-related air pollution (Hermostorappeumasairauksiin liittyvien geneettisten sekä ympäristötekijöiden vaikutus in vitro ihmisen mikroglia-mallissa: painopisteenä APOE, LRRK2 ja liikenteestä peräisin olevat ilmansaasteet) tarkastetaan terveystieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä toimii professori Nael Nadif Kasri Radboud-yliopistosta Alankomaista ja kustoksena professori Tarja Malm Itä-Suomen yliopistosta. Tilaisuus on englanninkielinen.
Lisätietoja:
FM Sohvi Ohtonen, sohvi.ohtonen@uef.fi, https://uefconnect.uef.fi/henkilo/sohvi.ohtonen/
