Kemian alaan kuuluva väitöskirja tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa. Tilaisuutta voi seurata Joensuun kampuksella.
Mikä on väitöstutkimuksesi aihe? Miksi aihepiiriä on tärkeää tutkia?
Tutkimuksessani tutkin kahta vasta-ainetta, joista toinen sitoo kortisolia ja toinen testosteronia. Lisäksi tutkin edellä mainitun testosteronia sitovan vasta-aineen ja toisen niin sanotun anti-idiotyyppi vasta-aineen muodostamaa kompleksia, joka muodostuu vain, kun testosteroni on sitoutunut ensin mainittuun testosteronia sitovaan vasta-aineeseen.
Tutkimus on tehty yhteistyössä Teknologian tutkimuskeskus VTT:n kanssa, ja sen tarkoituksena on kehittää vasta-aineita vasta-ainetesteihin, joilla mitattaisiin kortisolin ja testosteronin pitoisuuksia elimistöstä. Molemmat molekyyleistä ovat steroidihormoneja, joiden pitoisuudet elimistössä ovat yhteydessä kehon terveydentilaan. Kortisoli on ihmiskehon suuripitoisin glukokortikoidi, ja sitä kutsutaan myös yleisesti stressihormoniksi, sillä stressitila lisää sen pitoisuutta kehossa. Poikkeava kortisolipitoisuus on myös yhteydessä joihinkin sairauksiin kuten Addisonin tautiin (matala kortisoli taso) tai Cushingin oireyhtymään (korkea kortisoli taso).
Testosteroni on taas ihmiskehon suuripitoisin androgeeni eli mieshormoni, jonka pitoisuus vaikuttaa useisiin kehon fyysisiin ja psyykkisiin ominaisuuksiin niin miehillä kuin naisillakin. Steroidihormonien mittaukseen käyttökelpoisten vasta-aineiden kehittäminen on haastavaa steroidien pienten pitoisuuksien ja suuren samankaltaisten yhdisteiden määrän takia, mikä vaatii vasta-aineelta korkeaa sitoutumisvoimakkuutta ja spesifisyyttä juuri kyseiseen steroidihormoniin ristireaktiivisuudesta aiheutuvan virheellisten tuloksen välttämiseksi.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tulokset tai havainnot?
Tutkimuksessa määritettiin vasta-aine molekyylien antigeeniä sitovan osan (Fab) rakenteita, sekä Fab:n ja steroidien sitoutumisvoimakkuutta kuvaavaa dissosiaatio vakioita. Yksittäisille Fab molekyyleille rakenne määritettiin kokeellisesti röntgenkristallografialla ja kahden Fab:n kompleksille laskennallisesti. Kortisolia sitovan Fab:lle määritettiin viisi rakennetta, rakenne ilman ligandia sekä kompleksi rakenne neljän eri glukokortikoidin kanssa, sekä sitoutumisvoimakkuus yhdeksälle eri steroidihormonille. Rakenteet ovat ensimmäisiä julkaistuja kortisolia sitovan vasta-aineen kiderakenteita. Sitoutumisvoimakkuuden määrityksessä havaittiin, että vasta-aine on voimakkaan kortisolisitoutumisen ohella myös erittäin ristireaktiivinen lääkeaine prednisolonin kanssa, mikä johtuu molekyylien lähes identtisestä rakenteesta.
Testosteronia sitovalle Fab:lle määritettiin kiderakenne testosteronin kanssa sekä sitoutumisvoimakkuus testosteronin ohella kolmelle muulle androgeenille. Sitoutumisvoimakkuuskokeissa havaittiin, että vasta-aine on ristireaktiivinen erityisesti dihydrotestosteronille, joka muistuttaa rakenteeltaan paljon testosteronia. Testosteronia sitovan vasta-aineen ja anti-idiotyyppi vasta-aineen kompleksi kyettiin mallintamaan laskennallisesti, ja tuloksen perusteella kompleksin muodostuminen perustuu vasta-aineiden väliseen komplementäärisyyteen sekä hydrofobisiin vuorovaikutuksiin, joita testosteronin sitoutumin parantaa. Kompleksin sitoutumisvoimakkuuden havaittiin olevan liian heikko sovellettavaksi vasta-ainetesteihin.
Miten väitöstutkimuksesi tuloksia voidaan hyödyntää käytännössä?
Tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää kortisolia ja testosteronia mittaavien vasta-ainetestien kehityksessä. Kortisolia sitovan vasta-aineen sitoutumisvoimakkuus kortisolin kanssa on riittävä siihen, että sitä voitaisiin soveltaa kortisolin mittaukseen käytettävän vasta-ainetestin kehittämiseen. Toisaalta sen korkea ristireaktiivisuus prednisolonin kanssa estäisi testin luottavan käytön tapauksissa, joissa jossa mitattavalla henkilöllä on esimerkiksi prednisolonilääkitys.
Testosteronia sitovan vasta-aineen sitoutumisvoimakkuus on saatujen tuloksien pohjalta kohtalaisen hyvä ja sitä voitaisiin teoriassa käyttää tapauksissa, joissa mitattavan henkilön testosteroni konsentraatiot ovat riittävän korkeat. Kahden vasta-aineen kompleksin välisen kompleksin sitoutumisvoimakkuus ei ole riittävä eikä se sovellu vasta-ainetesteihin ilman jatkokehittämistä.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tutkimusmenetelmät ja -aineistot?
Kaikki tutkimuksessa käytetyt vasta-aineet on tuotettu Teknologian tutkimuskeskus VTT:llä ja steroidit ostettu kaupallisilta valmistajilta. Röntgenkristallografialla tehtyä rakennemääritystä varten vasta-aineet on kiteytetty, kiteistä on mitattu diffraktiokuvat ja kuvien pohjalta saadusta datasta on määritetty elektronitiheyskartta, jota on käytetty Fab:n proteiinimallin rakentamiseen.
Laskennalliset kahden Fab:n rakennemääritykset on tehty kahdella tavalla: röntgenkristallografialla saatujen kiderakenteiden pohjalta luotujen mallien sovittamiseen (molecular docking), sekä puhtaasti vasta-aineiden aminohapposekvenssiin pohjautuvalla ennustuksella, joka on toteutettu tekoälyyn perustuvalla AlphaFold-ohjelmalla.
Vasta-aineiden ja steroidihormonien välisen sitoutumisvoimakkuuden määrittämiseen käytettiin massaspektrometriaa, joka ionisoitujen molekyylien massan määrittämiseen mittaamalla molekyylien massan ja varauksen suhdelukuja. Sitoutumisvoimakkuuden määritys perustuu titrauskokeisiin, jossa eri ligandikonsentraatiota mitataan vakio proteiinikonsentraatiossa. Sitoutuneen ja vapaan ligandin määrä voidaan selvittää kokeen tuloksena saadusta kuvaajasta eli massaspektristä ja eri ligandikonsentraatioissa saatuja tuloksia yhdistämällä proteiinin ja ligandin välinen dissosiaatio vakio voidaan määrittää matemaattisesti.
FM Veikko Erosen kemian alaan kuuluva väitöskirja Structure-function studies of steroid-binding antibodies: Insights into the ligand recognition and the cross-reactivity of anti-cortisol and anti-testosterone antibodies (Steroideja sitovien vasta-aineiden rakenteen ja toiminnan tutkimus: oivalluksia anti-kortisoli ja anti-testosteroni vasta-aineiden ligandin tunnistuksesta sekä ristireaktiivisuudesta) tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa Joensuun kampuksella. Vastaväittäjänä toimii professori Tiina Salminen, Åbo Akademi, ja kustoksena dosentti Nina Hakulinen, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuuden kieli on suomi.
Lisätietoja:
Veikko Eronen, veikkoe@uef.fi
