Itä-Suomen yliopistossa tehty tutkimus tuo uutta tietoa otsalohkodementiaa ja ALS-tautia aiheuttavan C9orf72-geenin toistojaksomonistuman vaikutuksista mikrogliasoluihin. Tulosten valossa vaikutukset eivät näytä mikroglioissa yhtä haitallisilta kuin hermosoluissa.
Mikrogliasolut ovat tärkeä uusi tutkimuskohde
Toistojaksomonistuma C9orf72-geenissä on yleisin otsalohkodementiaa ja amyotrofista lateraaliskleroosia (ALS) aiheuttava geenimuutos. Se on huomattavan yleinen erityisesti suomalaisilla potilailla. Hermostoa rappeuttavien sairauksien mekanismeja on tähän asti tutkittu erityisesti hermosoluissa. Muiden aivosolujen, kuten mikrogliojen, rooli näissä sairauksissa on kuitenkin suurelta osin vielä tuntematon. C9orf72-geeni ilmentyy voimakkaasti mikroglioissa, jotka ovat aivojen tärkeitä immuunisoluja. Toistojaksomonistuma voi johtaa C9orf72-geenin toiminnan häiriintymiseen ja siten mahdollisesti muuntuneeseen mikrogliojen toimintaan. Myös viimeaikaiset geneettiset tutkimukset ovat korostaneet mikrogliojen mahdollista merkitystä otsalohkodementiassa ja ALS-taudissa, sillä moni näihin sairauksiin liittyvä geenimuutos tapahtuu juuri mikroglioissa ilmentyvissä geeneissä. Tämän vuoksi olisi tärkeää valottaa mikrogliojen osallisuutta otsalohkodementiassa ja ALS:ssa. Uusi Itä-Suomen yliopiston tutkimus keskittyikin juuri C9orf72-toistojaksomonistuman vaikutusten tutkimiseen mikroglioissa.
Hiiren mikroglioissa tapahtuu samanlaisia C9orf72-toistojaksomonistumaan liittyviä muutoksia kuin hermosoluissakin, mutta niiden toiminta ei muutu
Nyt julkaistussa tutkimuksessa kehitettiin uusi C9orf72-toistojaksomonistumaa ilmentävä hiiren mikrogliasolumalli. Mikrogliat ilmensivät C9orf72-toistojaksomonistumasta suoraan tuotettavia ns. dipeptiditoistojaksoproteiineja eli DPR-proteiineja. Lisäksi tutkimuksessa havaittiin, että normaalisti tumassa toimiva TDP-43-proteiini kertyi mikrogliasolujen solulimaan. Samanlaiset epänormaalit DPR- ja TDP-43-proteiinikertymät ovat tyypillisiä C9orf72-toistojaksomonistumaa kantavien potilaiden hermosoluissa. Nämä kertymät ovat hermosoluille haitallisia ja aiheuttavat niiden kuolemaa, mutta tässä tutkimuksessa ne eivät johtaneet mikrogliasolujen kuolemiseen. Mielenkiintoista oli myös, että tutkimuksessa ei havaittu C9orf72-toistojaksomonistumasta tuotettuja haitallisia RNA-kertymiä mikrogliasolujen tumissa, vaikka niitä tiedetään kertyvän hermosolujen tumiin.
Mikrogliat ovat aivojen immuunisoluja, jotka tutkailevat jatkuvasti ympäristöään ja poistavat esimerkiksi kuolleita soluja, toimimattomia synapseja tai muita haitallisia tekijöitä fagosytoimalla niitä. Mikrogliat voivat myös voimistaa tai lievittää aivojen tulehdusreaktiota tuottamalla erilaisia tulehdusvälittäjäaineita. Nyt tehdyssä tutkimuksessa havaittiin, että C9orf72-toistojaksomonistuma ei vaikuttanut mikrogliasolujen fagosytoosiin eikä myöskään erilaisten tulehdusvälittäjäaineiden eritykseen.
Aiemmin julkaistuissa tutkimuksissa C9orf72-poistogeenisissä hiirissä on havaittu muutoksia mikrogliojen lysosomeissa, mikä voi viitata siihen, että mikrogliojen lysosomi- tai autofagosomivälitteiset hajotusreitit ovat häiriintyneet. Tässä tutkimuksessa ei havaittu muutoksia näissä hajotusjärjestelmissä C9orf72-toistojaksomonistumaa ilmentävissä mikrogliasoluissa. Mikroglioissa ei myöskään havaittu aiemmin kuvattuja Alzheimerin tai ALS-tautiin liittyville ns. DAM-mikroglioille (disease-associated microglia) tyypillisiä RNA-ilmentymisen muutoksia.
Uuden tutkimuksen keskeinen löydös oli, että C9orf72-toistojaksomonistumaa ilmentävät hiiren mikrogliat säilyttävät elinkykynsä ja toiminnallisuutensa siitäkin huolimatta, että niissä esiintyy epänormaaleja DPR- ja TDP-43-proteiinikertymiä. Nämä tulokset viittaavat siihen, että mikrogliat eivät ole yhtä herkkiä näiden proteiinien aiheuttamille haitoille kuin hermosolut.
Tutkimus on julkaistu open access -artikkelina Frontiers in Neurology -lehdessä. Tutkimus tehtiin tutkimusjohtaja Annakaisa Haapasalon Molekulaarisen neurodegeneraation tutkimusryhmässä A.I. Virtanen -instituutissa. Artikkelin pääkirjoittaja on nuorempi tutkija, MSc Hannah Rostalski, joka on yksi Itä-Suomen yliopiston GenomMed-tohtoriohjelman tutkijakoulutettavista. C9orf72-toistojaksomonistuman vaikutukset mikrogliojen solupatologiaan ja toimintaan ovat keskeinen tutkimuskohde Haapasalon tutkimusryhmässä sekä Hannah Rostalskin väitöskirjatyön pääaihe.
Nyt julkaistu tutkimus on ensimmäinen, jossa C9orf72-toistojaksomonistumaa ilmennettiin mikrogliasoluissa ja tutkittiin sen vaikutuksia mikrogliojen toimintaan ja solupatologisiin muutoksiin. Haapasalo ja Rostalski toteavat, että tutkimus on hieno alku C9orf72-toistojaksomonistuman vaikutusten kartoittamiseen mikrogliasoluissa. Sen pitkäaikaisia vaikutuksia on kuitenkin syytä selvittää muissakin tutkimusmalleissa, kuten hiirten aivojen mikroglioissa in vivo sekä C9orf72-toistojaksomonistumaa kantavien potilaiden soluista iPS-kantasoluteknologialla tuotetuissa mikroglioissa. Näitä tutkitaan parhaillaan Haapasalon ryhmässä.
Tutkimusta ovat tukeneet Suomen Akatemia, Yrjö Jahnssonin säätiö, Päivikki ja Sakari Sohlbergin säätiö sekä ALS tutkimuksen tuki ry. Tutkimus on saanut rahoitusta EU:n Horisontti 2020 Marie Skłodowska-Curie tutkimus- ja innovaatio-ohjelmasta (grant agreement No 740264). Tutkimus on myös osa FinFTD-tutkimusverkon (Finnish FTD Research Network) tutkimustoimintaa.
Lisätietoja:
Nuorempi tutkija Hannah Rostalski, A.I. Virtanen -instituutti, Itä-Suomen yliopisto
Tutkimusjohtaja, dosentti Annakaisa Haapasalo, A.I. Virtanen -instituutti, Itä-Suomen yliopisto https://uefconnect.uef.fi/henkilo/annakaisa.haapasalo/
Open access -tutkimusartikkeli:
Rostalski H, Hietanen T, Leskelä S, Behánová A, Abdollahzadeh A, Wittrahm R, Mäkinen P, Huber N, Hoffmann D, Solje E, Remes AM, Natunen T, Takalo M, Tohka J, Hiltunen M, Haapasalo A. BV-2 microglial cells overexpressing C9orf72 hexanucleotide repeat expansion produce DPR proteins and show normal functionality but no RNA foci. Front. Neurol., 06 October 2020 https://doi.org/10.3389/fneur.2020.550140
