SOLUJEN TOIMINNAN SÄÄTELY

199 C SOLUJEN TOIMINNAN SÄÄTELY

200 C1 Mitoosi solun jakautumisen vaiheet Pitkänen Juho & Lohi Arttu Solu- ja kehitysbiologian kurssin kirjoitelma Anatomian ja solubiologian laitos, Oulun yliopisto 15.9.2009 Tarkastaja: Elina Kylmäoja proteiineja (Harlt ym. 2005). Sana mitoosi tulee kreikan kielen sanasta mitos, joka tarkoittaa Mitoosi Eliöiden kasvu ja Mitoosin elämä perustuu vaiheet jatkuvaan solunjakautumiseen. Eliön varhaisessa kehitysvai- rihmaa (Langley 1968). heessa jakautuminen on erittäin kiivasta, mutta Mitoosin vaiheet myös kehittyneet solut jakautuvat jatkuvasti korvaten elimistön Mitoosi kuolleet voidaan solut uusilla. jakaa Eräät viiteen Mitoosi eri vaiheeseen. voidaan jakaa Ne viiteen ovat eri vaiheeseen. profaasi, prometafaas Ne pitkälle erikoistuneet solut, kuten hermo- ja sydänlihassolut eivät anafaasi jakaudu laisinkaan. telofaasi. Tärkeä Solun- osa ja telofaasi. solusykliä Tärkeä on osa myös solusykliä interfaasi-niminen on myös inter- vaihe, ovat profaasi, prometafaasi, metafaasi, anafaasi jakautuminen on tarkoin säädelty prosessi, jonka häiriöt saattavat solujen johtaa tuma esimerkiksi ja perintöaines solujen ja faasi-niminen vaihe, jonka aikana solujen tuma kahdentuvat perintöaines kahdentuvat ja solu valmistautuu ja solu valmistautuu proliferaatioon hillittömään jakautumiseen ja kasvaimen syntyyn. Somaattisten solujen jakautumisvaihetta proliferaatioon (Aula ym. 2006). kutsutaan mitoosiksi. Toisin kuin sukusolujen jakautumisessa, meioosissa, mitoosin tuloksena on kaksi geneettisesti samanlaista solua. Mitoosia kutsutaankin tästä johtuen suvuttomaksi jakautumiseksi. Mitoosi on osa somaattisen solun elämän kiertoa. Toinen osa kierrosta on mitoosiin valmistava interfaasi, jonka vaiheiden aikana solussa tapahtuu aktiivista DNA-, RNA- ja proteiinisynteesiä (Aula ym. 2006). Interfaasin aikana solu käy läpi erilaisia tarkastuspisteitä, joissa se varmistaa olevansa valmis mitoosiin. Mitoosi 2006). vaatii käynnistyäkseen riittävän solukoon sekä perintöaineen onnistuneen Kuva 1: Interfaasi. Solu valmistautuu jakautumaan. Nimetyt rakenteet: A= solukalvo, B= tuma- jakautumisen (Kierszenbaum 2002). Mitoosi on monimutkainen prosessi, jossa kromosomit kalvo, C= tumajyvänen, D= kromatiini, H= sentrosomi. Kuvassa mukailtu kirjan The anatomy colo- jaetaan tasaisesti tytärsoluihin (Darnell ym. Kuva 1: Interfaasi. Solu valmistautuu 1990). Mitoosi tapahtuu liukuvasti, mutta se ring book kuvaa jakautumaan. (Kapit ym. 2002). Nimetyt rakenteet: A= so voidaan kuitenkin tumakalvo, jakaa useaan C= eri tumajyvänen, vaiheeseen. D= kromatiini, H= sentrosomi. Kuvassa mukailt Proliferaatiovaiheet ovat nimeltään profaasi, Profaasi prometafaasi, metafaasi, anatomy anafaasi coloring ja book telofaasi. kuvaa (Kapit Tuman ym. lähettyvillä 2002). on kaksi sentrosomia, jotka Jakautumisvaiheiden aikana solu muodostaa koostuvat kahdesta sentriolista eli keskusjyväsestä. Profaasin eli esivaiheen aikana ne kulkeu- niin kutsutun solusukkulan, jakaa kahdentuneet kromosomit solun eri päihin sekä muodostaa supistusrenkaan joka kuroo solun keskeltä tuvat solun vastakkaisiin napoihin eli pooleihin. poikki kahdeksi Profaasi Välivaiheen eli interfaasin aikana tuplaantuneelle solun perintöainekselle tapahtuu niin kutsuttu itsenäiseksi soluksi (Aula ym. 2006). Mitoosissa solu säilyy diploidisena, joten molempien syntyneiden tytärsolujen kro- kondensaatio; kromosomit tiivistyvät ja pakkautuvat sentrosomia, 50 100- kertaisiksi, jotka jolloin koostuvat ne lyhenevät kahdesta ja sen mosomiluku on Tuman 2N eli ihmisellä lähettyvillä 46 (Harley on ym. kaksi paksuuntuvat valomikroskoopilla havaittaviksi 1996). Mitoosin säätely perustuu kahdenlaisten keskusjyväsestä. Profaasin eli sisarkromatideiksi esivaiheen aikana (Aula ne ym. kulkeutuvat 2006). Kromatidit solun vastakkai proteiinien, sykliinien ja proteiinikinaasien, toimintaan ja niiden eli aikaansaamaan pooleihin. Välivaiheen proteiinien eli ja sisarkromatidit interfaasin aikana sitoutuvat tuplaantuneelle toisiinsa kohesiini- solun peri kondensoi niiden pinnalla sijaitseva kondensiini, fosforylaatioon. Soluorganelleista proteasomit nimisen proteiinin avulla (Kierszenbaum 2003). osallistuvat säätelyyn tapahtuu hajoittamalla niin kutsuttu sääteleviä kondensaatio; kromosomit tiivistyvät ja pakkautu kertaisiksi, jolloin ne lyhenevät ja paksuuntuvat valomikroskoopilla sisarkromatideiksi (Aula ym. 2006). Kromatidit kondensoi niiden pinnal

201 Prometafaasi on lyhyt ja nopea vaihe profaasin ja metafaasin välissä. Tumakalvo hajoaa lamiinien fosforyloituessa, ja tumajyvänen katoaa näkyvistä (Kierszenbaum 2003.) Sukkularihmat kiinnittyvät kromatideja yhdistäviin sentromeereihin, joiden pinnalla on kinetokoriksi kutsuttava kiinnittymisalusta (Lodish ym. 2004). ohjautumaan solun vastakkaisiin pooleihin. Anafaasin lopussa solu on kyennyt kopioimaan kaksi identtistä perintöainesta ja on muodostanut niistä kaksi omaa ryhmää (Lodish ym. 2004). Kuva 2: Profaasi ja prometafaasi. Nimetyt rakenteet: B= hajonnut tumakalvo, D = kromosomi, E ja F= kromatidi, G= sentromeeri, I= asteri, J= sukkularihma. Kuvassa mukailtu kirjan The anatomy coloring book kuvaa (Kapit ym. 2002). Metafaasi Metafaasi on proliferaation välivaihe. Siinä kromosomit näkyvät valomikroskoopilla rakenteina, joille on tyypillistä asettua x-kirjaimen muotoon. Kromatidit toisiinsa sitovasta rakenteesta käytetään nimitystä sentromeeri. Sukkularihmat ovat ratkaiseva tekijä siinä, että kromosomit asettuvat oikealla tavalla jakotasoon. Ne asettuvat siten, että sisarkromatidit ovat vastakkaisilla puolilla toisiinsa nähden (Lodish ym. 2004). Kuva 4: Anafaasi. Sisarkromatidit vaeltavat eri navoille. Nimetyt rakenteet: E ja F = kromosomi, G= sentromeeri. Kuvassa mukailtu kirjan The anatomy coloring book kuvaa (Kapit ym. 2002). Telofaasi Loppuvaihe eli telofaasi on käänteinen tapahtuma profaasille ja prometafaasille. Telofaasi puhdistaa solusta mitoosin jäljet. Sisarkromatidit ovat tällöin jo siirtyneet omiin pooleihinsa. Molemmille tytärkromosomiryhmille muodostuu oma tumakotelo sekä omat tumajyväset, tumasukkula katoaa ja kromosomeille tapahtuu defosforylaation seurauksena dekondensaatio. Siinä profaasin aikana kromosomeihin muodostuneet kierteet alkavat purkautua ja niistä tulee löysiä vyyhtejä (Kierszenbaum 2003). Kuva 3: Metafaasi. Kromosomit järjestäytyvät sukkularihmaston avulla jakotasoon. Nimetyt rakenteet: E ja F= kromatidi, G= sentromeeri, J= sukkularihma. Kuvassa mukailtu kirjan The anatomy coloring book kuvaa (Kapit ym. 2002). Anafaasi Anafaasissa eli jälkivaiheessa sukkularihmoilla on myös suuri merkitys. Sukkularihmat lyhenevät ja irrottavat sisarkromatidit toisistaan. Tämän jälkeen ne auttavat yksinkertaisia kromatideja Kuva 5: Telofaasi. Telofaasi on käänteinen tapahtuma profaasille ja prometafaasille. Nimetyt rakenteet: B= tumakalvo, C= tumajyvänen, E ja F = kromosomi. Kuvassa mukailtu kirjan The anatomy coloring book kuvaa (Kapit ym. 2002). Telofaasin jälkeen tarvitaan vielä sytokineesivaihe, jossa soluaines tasataan kahden tytärsolun välille. Aktiini muodostaa renkaan solun puoliväliin ja rengas supistuu halkaisten solun kahtia. Täten muodostuu kaksi identtistä tytärsolua (Kierszenbaum 2003).

202 Kuva 6: Kaksi tytärsolua. Mitosin seurauksena syntyy kaksi geneettisesti samanlaista tytärsolua. Nimetyt rakenteet: B= tumakalvo, E² ja F²= kromatiini. Kuvassa mukailtu kirjan The anatomy coloring book kuvaa (Kapit 2002). Taulukko 1: Mitoosin vaiheet Vaiheen nimi Vaiheen aikaiset tapahtumat Interfaasi* Solu valmistautuu jakautumaan, perintöaines kahdentuu Profaasi Kondensaatio, sentrosomit tuman vastakkaisiin napoihin Prometafaasi Tumakotelo hajoaa, tumajyvänen katoaa, sentrosomit kiinnittyvät kromatideihin Metafaasi Sukkularihmat vetävät kromatidit jakotasoon Anafaasi Sisarkromatidit erkanevat ja vaeltavat eri navoille Telofaasi Käänteinen profaasi, kromosomien dekondensaatio, tumakalvot muodostuvat *Interfaasi ei ole varsinaisesti mitoosin vaihe, vaan se on osa solusykliä. Mitoosia säätelevät tekijät Solusykliä säätelevät kahdenlaiset proteiinit: sykliinit ja sykliini-riippuvaiset proteiinikinaasit. Sykliinit sitoutuvat proteiinikinaaseihin, jotka sitten fosforyloivat valitut proteiinit. Mitoottinen B-Cdk2- sykliinikompleksi, MPF (M-phase promoting factor), muotoutuu interfaasivaiheen G2 aikana (Kierszenbaum 2003). MPF on dimeeri, joka koostuu sykliinistä ja sykliini-riippuvaisesta proteiinikinaasista. MPF- sykliinikompleksin läsnäolo aikaansaa mitoosin varhaiset vaiheet. Myös mitoosin eri vaiheilla on oma säätelytekijänsä, APC- kompleksi (Anaphase Promoting Complex). Metafaasista anafaasiin siirtymistä säätelee APC-Cdc20-kompleksi, joka vähentää sekuriinin määrää solussa. Sekuriini on proteiini, joka osallistuu anafaasi-vaiheen laukaisuun. Anafaasista telofaasiin siirtymisen aikaansaa APC-Cdh1, joka vähentää solun mitoottisten sykliinien määrää. Mitoosin lopettaminen on myös APC:n säätelemää (Lodish ym. 2004). Vaiheesta toiseen siirtymiseen osallistuvat myös proteasomit, jotka hajoittavat proteiineja, muun muassa sekuriinia. Proteiinien väheneminen aikaansaa erilaisia tapahtumia, kuten sisarkromosomien erkanemisen solun eri päihin (Hartl ym. 2005). Mitoosiin osallistuvat rakenteet Mitoosissa solu muodostaa rakenteen, jota kutsutaan tumasukkulaksi. Metafaasin aikana tumasukkula jakautuu kahteen osaan: keskellä sijaitsevaan mitoosikuvioon ja vastakkaisilla reunoilla sijaitsevien astereihin. Mitoosikuvio eli sukkularihmasto on pallon muodon ottanut kasa mikrotubuluksia ja proteiineja, jonka metafaasivaiheen kromosomit jakavat keskeltä kahteen osaan. Asterit muodostuvat sentrosomeihin kiinnittyvistä astraaleista mikrotubuluksista. Asterit suuntautuvat poispäin sentrosomeista kohti solukalvoa auttaen tumasukkulan oikealle paikalleen. Sytokineesissä asterit osallistuvat solun jakautuminen ohjailuun. Mitoosissa solun vastakkaisiin päihin kulkeutuvat sentrosomit kuljettavat mukanaan tytär-sentriolia, jotta proliferaatio olisi tytärsoluissakin mahdollista. Keskeisiä rakenteita mitoosissa ovat kinetokorit, jotka ovat sentromeerien pinnalla sijaitsevia proteiinikomplekseja. Kinetokoreilla on useita tehtäviä solunjakautumisessa: ne tarrautuvat mikrotubuluksiin ja liittävät ne kromosomeihin, aikaansaavat voiman, jota tarvitaan kromosomien liikutteluun mikrotubuluksia pitkin sekä säätelevät kromosomien jakautumista ja kulkeutumista solun eri päihin (Lodish ym. 2004).

203 Lähteet Aula P., Kääriäinen H., Palotie A. Perinnöllisyyslääketiede. Helsinki: Duodecim, 2006. Darnell J., Lodish H., Baltimore D. Molecular cell biology. 2.ed. New York: Scientific American Books,1990. Harley J., Prescott L. M., Klein D. Microbiology. 3.ed. Lontoo: WCB, 1996. Hartl D., Jones E. Genetics- Analysis of genes and genomes. 6.ed. Sudburya: Jones and Bartlett Publishers, 2005. Kapit W., Elson L. The anatomy coloring book. 3.ed. Pearson Education, 2002. Kierszenbaum A.L. Histology and cell biology; An introduction to pathology. New York: Mosby, Inc., 2003. Langley L.L. Cell function. 2.ed. New York: Reinhold Publishing Corporation, 1968. Lodish H., Berk A., Darnell J., Kaiser C., Krieger M., Matsudaira P. Molecular cell biology. 5.ed. New York: W. H. Freeman and Company, 2004.

204 C2 Solusyklin säätely solujen jakautumisen tarkistuspisteet ja kontrolli Mella, Mikko & Mäkelä, Harri Solu- ja kehitysbiologian kurssin kirjoitelma Anatomian ja solubiologian laitos, Oulun yliopisto 13.9.2010 Tarkastaja: Olli-Matti Aho Tiivistelmä Kudosten kasvu ja elimien kehittyminen on mahdollista niitä muodostavien solujen jakautumisen kautta. Edelleen, jakautuminen pohjautuu solusykliksi kutsuttuun kiertoon aitotumallisten solujen elämässä. Kierrossa vuorottelevat vaiheet nimeltä interfaasi ja mitoosi. Interfaasi on vaihe, jossa solu valmistautuu jakautumiseen kahdentamalla DNA:nsa. Mitoosissa itse solu jakautuu. Syövän synnyn estämisen kannalta on tärkeää, että solujenjakautu- mista kontrolloidaan tarkasti monisoluisilla eliöillä. Solusyklin säätelymekanismi pohjautuu tiettyjen proteiinien, sykliinien, ja niistä riippuvaisten kinaasien toimintaan, jotka ajavat sykliä eteenpäin. Kierron interfaasivaiheessa esiintyy kaksi tarkastuspistettä, joissa monimutkainen säätelykoneisto tarkistaa, esiintyykö kahdentuneessa DNA:ssa virheitä ja onko solu valmis jakaantumaan. Tarkastuspisteissä sykli keskeytyy, mikäli se ei ole sujunut täydellisesti. Sisäisen säätelyn lisäksi solu myös vastaanottaa jakautumista hillitseviä tai stimuloivia signaaleja ympäristöstä. Johdanto Eliön kehitykseen kuuluu luonnollisena osana kasvu ja kehitys. Näkyvintä ja nopeinta kasvaminen on kehittyvässä yksilössä, joskin solujen proliferaatiota tapahtuu myös aikuisessa. Harvoja poikkeuksia lukuun ottamatta yksilön solujen tietyt elämänvaiheet vuorottelevat syklisessä järjestelmässä, jota kutsutaan solusykliksi. Näihin vaiheisiin lukeutuvat niin RNA-, DNA- kuin proteiinisynteesikin (Aula ym. 2006). Vaikka solusyklin läpikäynti kuuluu monen eukaryoottisolun normaaleihin proseduureihin, säädellään sitä kuitenkin erinäisin kontrollimekanismein hyvinkin tarkasti (Niemi ym. 1995). Solusyklin rajavalvonta, tarkistuspistekontrolli, on vastuussa soluprolife- raation onnistumisesta, ja näin ollen myös perimältään vaurioituneiden solujen korjaamisesta tai jopa kuolintielle ohjaamisesta. Tämä takaa yksilön terveen kasvun ja kehityksen sekä toisaalta estää pahanlaatuisten kasvainten kehittymisen. Solusykli Ajanjaksoa, jonka aikana kaksi mitoottista solua jakautuu tuottaen kaksi tytärsolua, kutsutaan solusykliksi (kuva 1). Edelleen, solusykli jaetaan perinteisesti kahteen päävaiheeseen, interfaasiin (G ja S-vaiheet) ja mitoosiin (M-vaihe) (Kierszenbaum 2007). Lähes kaikkien solujen elämässä vuorottelevat solusyklin synteesivaihe eli interfaasi sekä aktiivinen jakautumisvaihe, mitoosi. Interfaasi-välivaiheeseen jota ei nimensä perusteella pidä mieltää inaktiiviseksi siirtymävaiheeksi kutsuttuun faasiin lukeutuvat niin proteiinien kuin DNA:n sekä RNA:n synteesit. Mitoosi puolestaan käsittää varsinaisen solun jakautumistapahtuman (Aula 2006). Vaiheiden kiertofrekvenssi riippuu solun erilaistumisasteesta vähemmän erilaistuneet solut jakautuvat pitkälle erilaistuneita soluja huomattavasti useammin. Interfaasia edeltävät G1- ja G2- välivaiheet, joista solut siirtyvät synteesin kautta mitoosiin molekulaarisen laukaisumekanismin avulla. On huomattava, että jotkut solut poistuvat syklistä G0-lepovaiheeseen, joka voi tapauskohtaisesti kestää jopa vuosia (Aula ym. 2006). Solusykli koostuu siis interfaasista ja mitoosista. Interfaasiin luetaan kuuluvaksi synteesi- eli S- vaihe sekä Gap- eli G-vaiheet. Mitoosia puolestaan kutsutaan M-vaiheeksi. Solusyklitoiminnan kannalta tarkasteltuna interfaasin relevantein periodi on S-vaihe, DNA-nukleotidin kahdentaminen eli replikaatio. S-vaihetta edeltävät ja jälestävät G-välivaiheet. G1-vaihe on solusyklin työvaiheista yleensä pisin, käsittäen syklin generaatioajasta kahdeksasta kuuteenkymmeneen tuntia (Aula ym. 2006). G1-vaiheessa solu tekee päätöksen DNAreplikaatioon siirtymisestä. Vaihtoehtona on siir-

205 tyminen G0-tilaan. Muussa tapauksessa solu etenee S-vaiheen jälkeen G2-vaiheeseen, jossa solu varmistaa DNA-replikaation onnistuneisuuden ennen siirtymistä mitoosiin (Kierszenbaum 2007). Suurin osa ihmisen soluista on G1-vaiheessa irtautunut solusyklistä ja siirtynyt niin sanottuun lepotilaan, jota kutsutaan G0-vaiheeksi. Syklin pysähtymisen syynä on esimerkiksi sitä edistävien kasvutekijöiden puute tai loppuminen. Syynä voi myös olla antimitogeenisten signaalien läsnäolo (Ivanchuk ym. 2004). Solukiertoa eteenpäin ajavien sykliinien ja niistä riippuvaisten kinaasien (CDK) puute on luonnollisesti ominaista G0-tilalle. Esimerkiksi hermo- ja sydänlihassolut tulevat kypsyessään postmitoottiksiksi, ja siirtyvät G0-tilaan. Esimerkiksi lymfosyytit puolestaan saattavat viipyä pitkäaikaisessa G0- tilassa jopa vuosia, ja alkaa jakautua vasta tiettyjen sytokiinien vaikuttaessa niiden reseptoreihin (Golias ym. 2004). Ne siis palaavat sykliin vain spesifisen ärsykkeen saatuaan (Aula 2006). Solujen jakaantuminen voi käynnistyä uudelleen G0-vaiheessa olevissa soluissa, kun tarvittavia kasvutekijöitä on jälleen saatavilla. Todennäköisyys siirtyä G0-tilaan lepäämään kasvaa soluissa jokaisen niiden suorittaman solusyklin myötä (Solunetti 2006). M-vaiheessa interfaasin aikana replikoitunut DNA-kaksoiskierre jakautuu kahtia. Syntyvät tytärsolut ovat geneettisesti toistensa kopioita. Vaikka mitoosi on prosessina liukuva, jaetaan se silti neljään erilliseen vaiheeseen. Nämä vaiheet ovat profaasi, metafaasi, anafaasi ja telofaasi (Aula ym. 2006). Kuva 1. Solusyklin ja sen tarkistuspisteet. Solusykli jaetaan interfaasiin (G- ja S-vaiheet) ja mitoosiin (M-vaihe). Tarkistuspisteet ovat solusyklin tarkasti vartioituja osia. Checkpoint 1 sijaitsee G1-vaiheen loppupuolella ja Checkpoint 2 G2-vaiheen lopussa, juuri ennen mitoosin käynnistymistä. (Lähde: Ivanchuk ym. 2004, s. 693 mukaillen). Solusyklin säätely Solusykli on lukuisten regulaattorimolekyylien tarkasti säätelemä tapahtuma. Syklin kannalta merkittävimpiin säätelymolekyyliperheisiin lukeutuvat sykliinit, sykliinistä riippuvaiset kinaasit (CDK), niiden substraattiproteiinit, CDK-inhibiittorit (CKI) sekä tuumorisupressorit p53 ja prb (kuva 2). Näiden molekyylien muodostama mekanismi vastaa solysyklin katalysoinnista ja syklin eri vaiheiden välisten tarkistuspisteiden läpikulusta (Golias ym. 2004). Solusyklin säätelyyn osallistuvat kahdenlaiset proteiinit, sykliinit sekä sykliinistä riippuvaiset kinaasit (CDK, engl. Cyclin-Dependent-Kinase). Sykliinien ja sykliinistä riippuvaisten kinaasien sekä solun muiden proteiinien aktiivisuutta säädellään monin tavoin. Solunsisäisen regulaation ohella säätelyyn osallistuvat myös lukuisat ympäristösignaalit (Solunetti 2006). Sykliini-proteiinien pitoisuudet varioivat runsaasti syklin eri vaiheissa niiden nopean synteesin ja toisaalta tehokkaan hajotuksen ansiosta. Sykliinit toimivat CD-kinaasien toimintaa sääteleviä alayksikköinä, säädelleen syklin kulkua checkpoint-pisteiden lävitse. Regulaation kemiallinen perusta on kohdesubstraattien fosforylointi ja inaktivaatio. (Golias ym. 2004). Sykliinit voidaan jakaa kahteen luokkaan perustuen niiden esiintyvyyteen solusyklin eri vaiheissa. G1-sykliinit (D- ja E- sekä A-sykliini) esiintyvät synteesiä edeltävässä vaiheessa, edistäen solun siirtymistä S- vaiheeseen. Mitoottiset G2-sykliinit (mm. B-sykliini) taas edistävät solun siirtymistä M-vaiheeseen (Solunetti 2006). Solusyklin ensimmäisessä vaiheessa, G1-faasin lopussa, postmitoottinen solu pysähtyy niin kutsuttuun presynteettiseen R-restriction-pisteeseen (Niemi ym. 1995). Restriktiopisteen presynteettinen solu tarvitsee kemiallista taustatukea synteesipäätöksen tekemiseen. Tässä vaiheessa, sykliinien toiminnan kannalta tarkasteltuna mielenkiintoisin ja toimeliain sykliiniproteiini on sykliini-a, joka toimii aktiivisesti sekä syklin S- että M-vaiheessa aktivoiden kahta erilaista CDK- proteiinia. Synteesivaiheessa sykliini-a-cdk-kompleksin suorittaman DNA-replikaatiokoneiston CDC6- komponentin fosforylaation uskotaan toimivan tärkeänä aloitteena DNA-replikaation käynnistymiselle. Samalla sen uskotaan rajoittavan DNAreplikaation tapahtuvaksi vain kerran yhden syklikierron aikana (Golias ym. 2004).

206 Kriittisin päätös lienee kuitenkin postsynteettinen mitoosipäätös. B-sykliinin ilmaantuessa G2- syklivaiheen soluun, kinaasiproteiini aktivoituu ja solu siirtyy M-vaiheeseen (Niemi ym. 1995). Kuten edellä mainittiin, myös A-sykliinillä on tärkeä, joskin spekulatiivinen, postsynteettinen rooli. A-sykliinin postsynteettinen tehtävä voisi liittyä B-sykliinin tasapainon säätelyyn (Golias ym. 2004). A-sykliinin konsentraatio nousee solussa S-vaiheen aikana ja laskee äkkinäisesti ennen syklin siirtymistä metafaasiin. B-sykliini puolestaan pysyy solussa metafaasiin asti. Toiminnan jälkeen sykliinit merkataan ubikitiinilla. Ubikitiinimerkkauksen jälkeen sykliinit tuhotaan pro- teasomeissa (Ivanchuk ym. 2004). B-sykliinin aktivoimista kinaasiproteiineista merkittävin on laukaisijaproteiinikinaasi p34cdc2. Tämän proteiinikinaasin aktivoitumisen myötä solu siirtyy mitoosiin (kuva 2). Laukaisijaentsyymin aktivoi sykliini-proteiini. Tapahtuman seurauksena syntyy mitoosia kiihdyttävä MPF-partikkeli (engl. Mitosis-Promoting-Factor) (Aula ym. 2006). Monet hormonit ja kasvutekijät vaikuttavat kinaasien aktiivisuuteen (Golias ym. 2004). Mitoosin luonnollisia promoottoreita, mitogeenejä, ovat monet kasvutekijät, kuten fibroblastikasvutekijä (FGF) sekä trombosyyttikasvutekijä (PDGF) (Kierzenbaum 2007). Presynteettisessä solussa lisääntyvät lisäksi interleukiini 2- ja transfer- riinireseptorit (Aula ym. 2006). Solusykliä säätelevien geenien päätoimenkuvaan kuuluvat syklimekanismin jarrutuksen ja kiihdytyksen kontrollointi syklin moottorina toimiminen (Golias ym. 2004). Syklin säätelygeeni- en toiminnan kannalta on tässä relevanttia keskittyä nimenomaan jarrutusmekanismeihin. Niin kutsuttujen tuumorisupressorien pääfunktio kiteytyy perimältään vaurioituneiden tai ympäristöolo- suhteiltaan kyseenalaisten solujen proliferaation, DNA-synteesin ja mitoosin estämiseen (Golias ym. 2004). Näistä tuumorisupressoreista merkittävimmät ovat siis p53 ja prb, joista ensimmäisessä tapahtuneet mutaatiot ovat yleisin syy pahanlaatuisten kasvainten syntymiseen (Kierszenbaum 2007). Tämä indikoi kyseisen geenin suurta roolia solusyklin etenemisen säätelijänä. Kuva 2. Solusyklin säätelytekijät. Sykliinit ja kinaasit ajavat kiertoa eteenpäin. p53, p21 ja p27 toimivat omalta osaltaan solusyklin regulaattoreina. (Lähde: Golias ym. 2004, s. 1135 mukaillen). Tarkistuspisteet Solusyklin etenemisen hidastaminen tai pysäyttäminen on tärkeää, mikäli DNA:n replikaatiossa syntyy virheitä, tai solu ei vielä ole valmis siirtymään seuraavaan vaiheeseen. Tätä varten solukier- rossa esiintyy välivaiheita, jotka toimivat tarkistusasemina (checkpoint-pisteet). Näissä tarkistuspis- teissä solu pyrkii varmistamaan, että sykli on edennyt optimaalisella tavalla, eikä virheitä ole päässyt syntymään (Solunetti 2006). Mahdollisten DNA-vaurioiden havaitsemiseksi on tarkistuspis- teissä olemassa oma sensorinen mekanismi, joka lähettää signaaleja solusyklikoneistolle. Signaalit hidastavat kiertoa korjausten ajaksi. Jos korjaus osoittautuu mahdottomaksi, signaalit aktivoivat ohjelmoidun solukuoleman, apoptoosin. Checkpoint-pisteet esiintyvät loogisesti ennen kierron merkittäviä S- ja M- vaiheita (kuva 2). Tärkeät tarkistukset sijoittuvat siis sekä presynteettisen G1-vaiheen ja premitoottisen G2- vaiheen loppupuolelle. Solusyklin etenemisen valvominen varsinkin ennen mitoosi-vaihetta on erittäin tärkeää; DNA-virheiden esiintyminen mahdollistaa kasvainten ja syövän synnyn, eritoten jakaantuvassa solussa. Syöpäriski on erityisen suuri virheiden sattuessa tuumorisupressorigeeneihin. Normaalit solut eivät salli solun etenemistä kierrossa ennen kuin virheet ovat saatu korjattua. Syöpäsolut kuitenkin toistavat solusykliä loputtomasti DNA:n virheistä huolimatta (Ivanchuk ym. 2004).

207 p53-tuumorisupressorigeeni on tärkeä syklikierron tarkistuspistesäätelijä sekä pre- että postsynteet- tisessä vaiheessa. On pystytty osoittamaan, että kyseinen tuumorisupressori aktivoi lukuisten muiden solunjakautumista kontrolloivien geenien transkriptiota. Näistä esimerkkeinä voidaan mainita p21, GADD45 ja MDM2. Edellisistä p21 koodaa CDK-aktiivisuuden säätelijää, GADD45 hillitsee DNA-vaurioita indusoivan tekijän toimintaa ja MDM2 toimii p53:n negatiivisena säätelijä- nä. p53-geenin ohella tärkeä tarkistuspistekontrollin ylläpitäjä on retinoblastoomaproteiinia koodaava Rb-geeni. Sen tarkka tehtävä normaaleissa soluissa vielä ole selvinnyt (Golias ym. 2004). Retinoblastoomaproteiinin läsnäoloa pidetään kuitenkin kriittisenä ehtona solun siirtymiselle syklin G1-vaiheesta S-vaiheeseen. Sen vuorovaikutus E2F-sykliregulaattoriperheen molekyylin kanssa (kuva 2) saa aikaan geenitranskription vähenemisen, minkä tiedetään olevan edellytys syklin siirtymiselle G1-vaiheesta synteesiin. Yhtä kaikki, solusyklin kanssa korreloivat muutokset kyseisen proteiinin fosforylaatioasteessa viittaavat suurehkoon osaan solusyklin läpiviennissä. Hypofosforyloidussa muodossaa Rb-proteiini toimii solusykliä inhiboivana tekijänä sekä tuumo- risupressorina. Solusyklikoneiston fosforyloidessa proteiinin (kuva 2), auttaa Rb-proteiini solua siirtymään synteesivaiheeseen. Retinoblastoomaproteiinin fosforylointi hiljentää sen tuumorisupres- siivisen vaikutuksen ja sallii synteesivaiheeseen siirtymisen. Tämä tapahtuu sykliinien ja sykliinistä riippuvaisten kinaasien toimesta. Yhteyttä p53:n ja prb:n välillä pidetään mahdollisena, mitä tulee solusyklin kontrolloinnin ohella ohjelmoituun solukuolemaan sekä tuumorikasvuun (Golias ym. 2004). Tarkistuspiste 1 R-pisteeksi (engl. restriction point) kutsuttu tarkistusasema sijaitsee syklissä G1-vaiheen lopussa, juuri ennen synteesivaiheen alkamista (kuva 2). Kierron edettyä ensimmäiselle tarkistusalueelle, tehdään päätös siitä, jatkaako solu synteesivaiheeseen, vai siirtyykö se G0-vaiheeseen odottamaan. Ennen solusyklin ensimmäistä tarkistuspistettä solu saa ulkopuolelta kasvua stimuloivia ja sitä estäviä signaaleja. Syklikoneisto tarkistuspisteessä tekee näiden perusteella päätöksen siitä, siirtyykö solu synteesivaiheeseen (Westerling ym. 2001). Esimerkiksi postmitoottiset solut pysähtyvät yleensä presynteettisen vaiheen loppupuolen R-pisteeseen. (Niemi ym. 1995). Solun perimän ollessa vaurioitunut, p53- tuumorisupressori pysäyttää kierron G1-vaiheeseen vaikuttaen lisäävästi p21:n ekspressioon (kuva 2). DNA-vaurion ollessa lievä, p53 ohjaa solun korjaukseen. Onnistuneen DNA-korjauksen jälkeen solu on valmis jatkamaan synteesivaiheeseen ja edelleen jakautumiseen. Fataalin perimävaurion tapauksessa p53 laukaisee apoptoosin, ja solu tuhoutuu. p53:n geenin toiminnan ollessa riittämätöntä tarkistuspiste voidaan vakavasta vauriosta huolimatta läpäistä (Golias ym. 2004). Tarkistuspiste 2 Synteesivaiheessa kahdentuneen DNA:n virheettömyys tarkistetaan jälleen sensoristen mekanismi- en avulla ennen mitoosia G2-vaiheen lopussa sijaitsevassa toisessa tarkistuspisteessä (kuva 2) (Ivanchuk ym. 2004). Mikäli tarkistuspisteeseen saapuu syklin jatkuvuutta estäviä ympäristösignaa- leja DNA:ssa havaitaan jokin virhe kierto pysäytetään. Tällöin solu ei pääse jatkamaan M- vaiheeseen. DNA:n korjausten epäonnistuessa solu uhrataan ohjelmoidun solukuoleman avulla. Jos DNA on ehyt ja kaikki on valmista mitoosia varten, tarkistuspiste läpäistään, ja solu etenee mitoosiin. Mitoosiin siirtyminen tapahtuu sykliini-b-cdk2-kompleksin eli MPF-partikkelin avulla. Lähteet Aula P, Kääriäinen H, Palotie A. Perinnöllisyyslääketiede. 3. painos. Helsinki: Kustannus Oy Duodecim, 2006 Colias C H, Charalabopoulos A, Charalabopoulos K. Cell proliferation and cell cycle control: a mini review. Ioannina: Department of Physiology, Clinical Unit, Medical Faculty, University of Ioannina, 2004 Ivanchuk SM, Rutka JT. The Cell Cycle: Accelerators, Brakes, and Checkpoints. Neurosurgery 54:692 700, 2004 Kierszenbaum AL. Histology and Cell Biology: An Introduction to Pathology. 2. painos. New York: Mosby, Inc., an affiliate of Elsevier Inc, 2007 Niemi M, Virtanen I, Vuorio E. Solu- ja molekyylibiologia. 6. painos. Porvoo: WEILIN+GÖÖS, 1995 Törrönen K. Solunetti. Solubiologia: Solusykli. Kuopio: Solunetti, 2006 Westerling T, Vallenius T, Mäkelä T. Solujen jakaantumiskierron salojen selittämisestä vuoden 2001 Nobelin palkinto. Helsinki: Kustannus Oy Duodecim, 2001;117(22):2239 2242

208 C3 Kasvunrajoitegeenit rooli syövän synnyssä Berg Pauli & Vihavainen Henri Solu- ja kehitysbiologian kurssin kirjoitelma Anatomian ja solubiologian laitos, Oulun yliopisto 12.9.2009 Tarkastaja: Olli-Matti Aho Johdanto Terveessä solussa geenien ohjaama proliferaatio eli jakautuminen tapahtuu hallitusti ja tasapainossa solujen tuhoutumisen kanssa. Kyseisiä tapahtumia ohjaavat useat geenit ja niiden tuottamat proteiinit. Osaa näistä geeneistä kutsutaan kasvunrajoitegeeneiksi. Nämä geenit ylläpitävät solujen elinympäristöä, kontrolloivat niiden kasvua sekä jakautumista. Näiden geenien normaalin toiminnan estyminen, jolloin geenien tuotteet tuotetaan inaktivoituneessa muodossa tai jätetään kokonaan tuottamatta, lisää syöpäsolukon muodostumisen ja kasvun riskiä. Tunnetuin kasvunrajoitegeeneistä on p53, jonka inaktivaatio on kuvattu useiden eri syöpien yhteydessä. Yleistä Pahanlaatuinen solujen kasvu saa alkunsa geenien mutaatioista. Kaikki geneettiset mutaatiot eivät kuitenkaan johda syöpään. Kontrolloimaton solujen kasvu ja edelleen kasvaimen muodostuminen saavat alkunsa kun solun säätelyjärjestelmä vaurioituu. Yleensä kasvaimissa on mutaatioita kaikissa kasvainsolun kehittymiseen vaikuttavissa geeniryhmissä, eli onkogeeneissä, kasvunrajoitegeeneissä ja perimän pysyvyyttä ylläpitävissä geeneissä (DNA-korjausmekanismit). Mutaatiot saavat aikaan säätelyjärjestelmän vaurioitumisen ja edelleen kontrolloimattoman solukasvun. Normaalisti genomissa esiintyvien proto-onkogeenien mutaatiot mahdollistavat geenien aktivoitumisen onkogeeneiksi, eli syöpägeeneiksi. Onkogeenien tuotteet voivat imitoida kasvutekijää tai kasvutekijäreseptoria sekä toimia proteiini-tyrosiini-kinaasina mahdollistaen proteiinien epänormaalin fosforylaation. Onkogeenien tuotteet vaikuttavat solujen aineenvaihduntaan ja solusykliin myös estämällä apoptoosia, välittämällä kasvusignaalia solulimassa ja toimimalla traskriptiotekijöinä. Proto-onkogeenien mutaatioiden seurauksena voikin olla hallitsematonta solun proliferaatiota ja mahdollisuus syöpäkasvaimen syntyyn. (S Zakrzewski 2002, J Myllyharju 2009) Kasvunrajoitegeenejä voidaan pitää onkogeenien vastavaikuttajina. Ne koodaavat proteiineja, jotka inhiboivat muun muassa solun proliferaatiota. Kasvunrajoitegeeneissä mutaation tulee esiintyä geenin molemmissa alleeleissa Knudsonin kaksivaiheteorian mukaan (ks. kohta 3, Retinoblastoomageeni), jotta hallitsematon kasvu on mahdollista. Proto-onkogeenien kohdalla vastaava kasvu on mahdollista jo yhden alleelin ollessa mutatoitunut. (S Zakrzewski 2002, J Myllyharju 2009,)

209 Kasvunrajoitegeenien pääryhmät Kuva 1: Kasvunrajoitegeenien pääryhmät sekä esimerkkejä Gatekeepers Gatekeepers-geenit ovat kasvunrajoitegeenejä, jotka toimivat niin sanotusti portinvartijoina valvomalla solujen jakautumista ja apoptoosia. Nämä geenit vaikuttavat muihin soluihin estämällä niiden jakautumista tai kiihdyttämällä apoptoosia. Geenit esiintyvät spesifeinä tietyissä kudoksissa tai elimissä. Esimerkiksi APC-geenin mutaatio voi aiheuttaa paksusuolisyöpää, mutta ei munuaissyöpää, kun taas VHL-geeni toimii päinvastoin. Tunnetuimpia gatekeeper-geenejä ovat p53, RB1, NF1 sekä APC. (D van Heemst ym. 2007, K Hunt ym. 2007, H Joensuu ym. 2007) Caretakers Nämä niin sanotut huolehtija-geenit suojaavat soluja mutaatioilta valvomalla ja ylläpitämällä DNA:n eheyttä. Caretakers-geenit eivät suoraan estä tai vaikeuta solujakautumista, vaan korjaavat DNA:han syntyneitä vaurioita sekä estävät mutaatioiden syntyä ja kasautumista. Caretakers-geenien inaktivoitumisen seurauksena normaalien solujen muuttuminen neoplastisiksi soluiksi todennäköistyy. Tunnetuimpia caretakerkasvunrajoitegeenejä ovat p53, BRCA 1, BRCA 2, MLH1 ja MSH2. (D van Heemst ym. 2007, K Hunt ym. 2007, H Joensuu ym. 2007) Landscapers Landscaper-kasvunrajoitegeenit toimivat solujen kasvuympäristön ylläpitäjinä. Ne estävät ko. ympäristöä muuttumasta syövän kasvua varten edulliseksi. Yhtenä esimerkkinä landscapereistä voi mainita TSP1-geenin, jonka mutaatiota seuraava inaktivoituminen liittyy etenkin gastrisen karsinooman syntyyn. (J Lawler ym. 2001, D van Heemst ym. 2007, K Hunt ym. 2007, H Joensuu ym. 2007) Kasvunrajoitegeeni p53 Kasvunrajoitegeeni p53 säätelee genomin yhtenäisyyttä ja kontrolloitua solukasvua. Bialleelisesti mutatoitunut tai puuttuva p53-geeni löydetään yli puolista ihmisten syövistä. Vajaassa puolessa syöpäkasvaimista p53 on normaalirakenteinen, mutta muista syistä toimimaton. Myös koe-eläintutkimukset tukevat havaintoa p53:n suuresta merkityksestä tuumoreiden synnyssä. Esimerkiksi p53-poistogeeninen hiiri on jo hyvin varhain altistunut eri kasvaimille. (C Klein ja LT Vassilev 2004, E C Pietsch ym. 2008) p53-geenin normaalia alempi aktiivisuus voi saada aikaan lisääntyneen solukasvun. Geenin tuotteen pitoisuus on pidettävä matalana soluissa, sillä suurentunut pitoisuus voi estää solun normaalia toimintaa. Geenin säätely perustuu niin kutsuttuun negatiiviseen takaisinkytkentään. Tässä säätelyssä on pääroolissa p53:n regulaattori, MDM2. Kuten p53:lla myös MDM2:lla on lyhyt puoliintumisaika. Tumansisäisen p53-tason noustessa aktivoituu MDM2-geenin transkriptio ja näin MDM2-proteiinin pitoisuus nousee. MDM2 estää p53:n toimimisen transkriptiotekijänä sitoutumalla kohtaan, jolla p53 tarttuu DNA:han. MDM2 saa myös aikaan p53:n hajoamisen, joka tapahtuu ubikitiiniproteasomijärjestelmän kautta, kun MDM2:n tuote E3-ubikitiiniligaasi on saanut aikaan p53:n ubikinaation. Lopulta ubikitiini-p53-kompleksi tuhotaan soluliman proteasomeissa. Normaalisti toimiva takaisinkytkentälooppi pitää sekä p53:n että MDM2:n pitoisuudet tumassa hyvin alhaisina. (C Klein ja LT Vassilev 2004, E. S 2004)

210 solun altistuminen karsinogeeniselle rasitukselle p53-aktiivisuuden kasvu aktiivinen p53 p53 Toimiminen eri geenien transkriptiotekijänä mm. solusyklin ja apoptoosin säätely MDM2-proteiinin pitoisuuden nousu ubikitiini-p53-kompleksin tuhoutuminen soluliman Inaktiivinen p53 proteasomeissa MDM2 p53 MDM2 p53 p53:n ubikinaatio MDM2:n toimesta MDM2 MDM2 inaktivoi p53:n Kuva 2: p53- MDM2 vuorovaikutus p53-geenin aktiivisuus voi lisääntyä kun solu altistuu esim. rasitukselle, DNA:ta vaurioittavalle aineelle tai muulle karsinogeeniselle toiminnalle kuten säteilylle tai reaktiivisille happiyhdisteille. Yksinkertaistaen voisi sanoa, että p53 havaitsee DNA:n vaurioitumisen, pysäyttää solun jakautumisen, antaa solulle aikaa korjata DNA-vaurio ja mikäli vaurio ei ole korjattavissa, laukaisee apoptoosin. Näin toimimalla p53 estää mutatoituneen DNA:n siirtymisen seuraavaan solusukupolveen ja mahdollisen tuumorin synnyn. p53 säätelee myös osaltaan solun vanhenemista ja erilaistumista, sekä inhiboi angiogeneesia, eli verisuonten muodostumista tuumoriin. (K Addelman 2004, E C Pietsch ym. 2008, Zhao Y ym. 2009) Syöpä voi saada alkunsa kun p53 inaktivoituu syystä tai toisesta. Syitä voivat olla esim. geenin mutaatio tai lisääntynyt MDM2-aktiivisuus. Inaktivoitunut p53 menettää kykynsä kontrolloida solukasvua. Tämän takia p53:n uudelleenaktivoimista tietyissä syöpätyypeissä onkin tutkittu paljon. On yritetty kehittää lääkeainetta, joka voisi estää spesifisesti p53:n ja MDM2:n fyysisen vuorovaikutuksen ja siten ylläpitää p53:n kyvyn toimia transkriptiotekijänä. Tässä tapauksessa puhutaan kasvaimista, joissa p53- proteiinin toiminta on estynyt ilman p53:n mutaatiota. Tällaisia kasvaimia ovat esimerkiksi useat sarkoomat, joissa p53:a hajottava ja inaktivoiva MDM2-toiminta on liiallista ja vahvistunutta. Vuonna 2004 onnistuttiin kehittämään peptidi, joka asettuu spesifisesti samaan kohtaan MDM2-proteiinia kuin p53. Näin sitoutuminen p53:een estyy ja p53 säilyy aktiivisena huolimatta MDM2:n toiminnan yliaktiivisuudesta. Tämä johtaa ideaalitilanteessa syöpäsolujen kasvun pysähtymiseen ja apoptoosiin. Näitä proteiinien MDM2-p53-vuorovaikutusta inhiboivia molekyylejä on tutkittu viime vuosina intensiivisesti. Tiettyjen molekyylien kohdalla, kuten Nutliini-3, kehitystyö on edennyt jo myöhäiseen prekliiniseen vaiheeseen tai kliinisen vaiheen alkuun. (E. S 2004, G Sarek ym. 2007, S Shangary ja S Wang 2008) p53 ei ole kuitenkaan yksin vastuussa vaurioituneiden tai poikkeavasti lisääntyvien solujen tuhoamisesta. Kasvunrajoitegeeniä p53 auttaa työssään tietyissä tilanteissa sen kaksi homologia, p63 ja p73. Näillä homologeilla on samanlaisia kasvunrajoiteominaisuuksia kuin p53:lla. Tutkimukset ovat osoittaneet, että ihmisten syövissä p63:n ja p73:n mutaatioita esiintyy harvoin. Näiden geenien ilmentymisessä on kuitenkin havaittu muutoksia syöpätapauksissa. p63:n ja p73:n eri isoformien muuttunut ilmentyminen voi aikaansaada eri syöpiä riippuen niiden isoformista ja ilmentymisen muutoksesta. (E C Pietsch ym. 2008)

211 Retinoblastoomageeni (RB1) RB1-geenin mutatoituminen ja sen seurauksena tuotteen inaktivoituminen voi saada aikaan retinassa solujen hallitsematonta proliferaatiota ja näin ollen syöpäsolukon syntyä. Tapahtumasta saattaa kehittyä retinoblastooma eli verkkokalvonsyöpä. Tauti on melko usein periytyvä. Kyseinen perinnöllisyys voidaan selittää Alfred Knudsonin vuonna 1971 kehittämällä kaksivaiheteorialla. Knudsonin mukaan solu sivuuttaa normaalin kasvukontrollinsa, mikäli kasvunrajoitegeenit inaktivoituvat mutaation seurauksena. Normaalisti soluissa on kummaltakin vanhemmalta perityt vahingoittumattomat kromosomit, jotka sisältävät tuhansia geenejä. Kuitenkin toisessa kromosomissa saattaa esiintyä peritty mutaatio tietyssä geenissä. Toisen kromosomin saman kyseisen geenin kohdatessa mutaation, inaktivoituu koko geeni, jolloin syöpäsolukon synty todennäköistyy. (T Gelehrter ym. 1998, A Kierszenbaum 2007) Kuva 5: Alfred Knudsonin kaksivaiheteoria (mukailtu Lori Demmer, 2005) Neurofibromatoosi-geeni Neurofibromatoosityyppejä on useita, joista tunnetuimmat ovat neurofibromatoosi 1 eli NF1 ja neurofibromatoosi 2 eli NF2. NF1 on dominantisti periytyvä iho- ja hermokudosoireyhtymä, josta kärsivillä ilmenee ruskeita laikkuja ihossa sekä hyvänlaatuisia ihokasvaimia. Tauti aiheutuu NF1- kasvunrajoitegeenin mutaatiosta. Geenin normaali tuote on proteiini, neurofibromiini, jota esiintyy erityisesti hermoston oligodendrosyyteissä sekä Schwannin soluissa. Mutaatio aiheuttaa muuttuneen neurofibromiinin tuotannon, jolloin kyseinen proteiini ei enää pysty rajoittamaan solujen kasvua ja proliferaatiota tarvitulla tavalla ja näin kasvaimien, kuten neurofibroomien muodostuminen mahdollistuu. Neurofibromatoosi tyyppi 2 on eri sairaus kuin tyyppi 1, mutta ilman perusteellista geenitutkimusta kyseisiä sairauksia on lähes mahdotonta erottaa toisistaan. NF2- kasvunrajoitegeeni sisältää ohjeet merliini-proteiinin valmistukseen. Merliiniä esiintyy etenkin perifeerisen hermoston Schwannin soluissa, joissa se toimii kasvunrajoittajana. Sen on havaittu kontrolloivan myös solujen liikettä, muotoa ja solujen välistä kommunikointia. Mutaation seurauksena inaktivoitunut merliini ei pysty kontrolloimaan kyseisiä tehtäviä ja solujen hallitsematon kasvu ja proliferaatio kiihtyvät. (M Pöyhönen 2001, Genetics Home Reference 2007, A Kierszenbaum 2007)

212 Lähteet Addelman K. Nutlins flip the switch on cancer cells. National Review of Medicine 2004; 1(3). C Klein, LT Vassilev. Targeting the p53-mdm2 interaction to treat cancer. British Journal of Cancer 2004: 91, s. 1415 1419. E. S. Pieni peptidi avain p53-syöpägeenin hallintaan. Duodecim 2004; 120: 1316 Genetics Home Reference. Neurofibromatosis 1 and 2. 2007 (Luettu 11.9.09). Saatavissa: http://www.ghr. nlm.nih.gov/condition=neurofibromatosistype2 http:// www.ghr.nlm.nih.gov/condition=neurofibromatosist ype1 Hunt Kelly, Vorburger Stephan A, Stephen G Swisher. Gene therapy for cancer. 2007; 177 179. Joensuu Heikki, Peter J Roberts, Lyly Teppo, Mikko Tenhunen (toim.). Syöpätaudit. Duodecim. 2007; 25 28). Kierszenbaum A. Histology and Cell Biology. An Introduction to Pathology. Second edition. Mosby Elsevier. 2007; 46 48, 56. Lawler Jack, Wei-Min Miao, Mark Duquette, Noel Bouck, Roderick T Bronson, Richard O Hynes. Thormbospondin 1 Gene expression affects survival and tumor spectrum of p53 deficient mice. Am J Pathol. 11/2001; 159(5): 1949 1956. Myllyharju Johanna. Syöpä, syöpägeenit ja kasvutekijät [luentomateriaali]. Oulun Yliopisto, Lääketieteellisen biokemian ja molekyylibiologian laitos 2009. Pietsch E, S Sykes, S McMahon, M Murphy. The p53 family and programmed cell death. Oncogene 2008; 27(50): 6507 6521. Pöyhönen Minna. Väestöliiton perinnöllisyysklinikka. 2001 (Luettu 11.9.09) Saatavissa: http://www.vaestoliitto. fi/perinnollisuus/tietolehtiset/neurofibromatoosi_nf1/ Sanjeev Shangary, Shaomeng Wang. A Novel Approach for Cancer Therapy. 2008. (Luettu 11.9.09). Saatavissa: http://arjournals.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/ annurev.pharmtox.48.113006.094723?url_ ver=z39.88 2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_ dat=cr_pub%3dncbi.nlm.nih.gov Sarek G, S Kurki, J Enbäck, G Iotzova, J Haas, P Laakkonen, M Laiho, P Ojala. Reactivation of the p53 pathway as a novel treatment modality for KSHV-induced lymphomas. Duodecim 2007:123, s. 869 870. Thomas D. Gelehrter, Francis S. Collins, David Ginsburg. Principles of medical genetics. 1998: 257 262. van Heemst D, P.M den Reijer, R.G J. Westendorp. On the Role of Caretakers and Gatekeepers. European Journal of Cancer 2007; 43(15): 2144 2152. Zakrzewski S. Environmental toxicology. 2002; s. 95 96. Zhao Y, Chen XQ, Du JZ. Cellular adaptation to hypoxia and p53 transcription regulation. J Zheijang Univ. Sci B. 5/ 2009: 10(5): 404 410).

213 C4 Apoptoosi ja nekroosi solukuolemien eroja ja yhtäläisyyksiä Ollila, Meri-Maija & Raninen, Ellinoora Solu- ja kehitysbiologian kurssin kirjoitelma Anatomian ja solubiologian laitos, Oulun yliopisto 11.9.2012 Tarkastaja: Mika Kaakinen Tiivistelmä Apoptoosi ja nekroosi ovat molemmat solun kuolemisprosesseja, joiden mekanismi ja lopputulos ovat kuitenkin erilaisia. Apoptoosi on välttämätön prosessi elimistön normaalille kehittymiselle ja toiminnalle. Sen avulla solu hankkiutuu eroon vanhoista ja vaurioituneista soluista. Se onkin tarkkaan ohjattu energiaa vaativa tapahtumaketju, joka voi saada alkunsa ulkoisen tai sisäisen tekijän vaikutuksesta. Nekroosi sen sijaan esiintyy usein akuutin vamman, kuten iskemian eli kudoksen hapen puutteen jälkeen. Apoptoosin ja nekroosin tärkeimmät erot syntyvät solujen hajoamisen aikana: apoptoosissa solun hajoamistuotteet ympäröidään kalvorakenteilla, kun taas nekroosissa solun sisältö vapautuu spontaanisti ympäristöön sellaisenaan. Tämä saa aikaan tulehdusreaktion, mitä apoptoosissa ei synny. Nykyään tutkijat ovat kuitenkin ehdottaneet, että solukuolemien jako apoptoosiin ja nekroosiin olisi vanhanaikainen ja yksinkertaistettu malli. Lisäksi aikaisemmin apoptoosi ja ohjelmoitu solukuolema käsitettiin synonyymeiksi, mutta nykytutkimus on osoittanut, että on olemassa myös kaspaasista riippumattomia ohjelmoituja solukuolemismekanismeja. Johdanto Solun normaaliin elämänkiertoon kuuluu vanheneminen. Eräillä solutyypeillä sykli on varsin nopea: esimerkiksi suolen epiteeli uudistuu 3 5 vuorokauden välein, kun taas toiset solut uusiutuvat huomattavasti harvemmin. Elimistö hankkiutuu vanhoista soluista eroon apoptoosin eli ohjelmoidun solukuoleman avulla, jolloin uusille soluille on tilaa kasvaa (Arumäe ym. 1997). Toisaalta myös muun muassa virukset ja uv-säteily vahingoittavat soluja. Näitä vaurioita pystytään korjaamaan mutta toisinaan vauriot ovat peruuttamattomia, jolloin solut poistetaan apoptoosin avulla. Apoptoosissa solu etenee järjestelmällisesti kohti kuolemaa, mutta samalla myös kohti sisäistä tasapainoa, homeostaasia. Nekroosi on kontrolloimaton tapahtumaketju, joka johtaa solun kuolemaan. Solun vaurioituminen saa aikaan nekroosin. Nekroottisia soluja on yleensä useita samassa paikassa koska nekroosin käynnistää muutokset solun ulkopuolella. Lopulta solun sisältö vapautuu ympäristöön, minkä vuoksi nekroosi aiheuttaa tulehdusreaktion. Kuva 1: Apoptoosi ja nekroosi Apoptoosin mekanismi Apoptoosin alku, eteneminen ja säätely Solun hengissä säilyminen ja toisaalta apoptoosin alkaminen riippuu solun saamien signaalien suhteesta. Aktiiviset kaspaasit ja sytoplasman Bax-proteiini pyrkivät koko ajan aloittamaan apoptoosin, kun taas Bcl-perheen proteiinit ovat niiden vastavaikuttajia. Ne vaikuttavat mitokondrion sisäkalvon läpäisevyyteen, mikä puolestaan vaikuttaa siihen vapautuuko solulimaa sytokromi c:tä, Smac/Diabloa, AIF:ää ja endonukleaasi G:tä, jotka kaikki ovat apoptoosia edistäviä tekijöitä (Guimãraes ym. 2004). Solujen erit-

214 tämät kasvutekijät pitävät muita soluja hengissä, joten näiden signaalien puute johtaa apoptoosiin. Samoin solun tarttuminen soluväliaineeseen laukaisee apoptoosia ehkäiseviä viestejä. Apoptoosia ohjaavat solun sisäiset ja ulkoiset tekijät. Solun sisäisistä tekijöistä esimerkiksi DNA:n vaurioituminen ja sytokromi c:n vapautuminen saavat aikaan vasteen, joka johtaa solukuolemaan, kun kaspaasit aktivoituvat. DNA:n vaurioituminen aktivoi normaalisti solulimassa sijaitsevan transkriptiotekijä p53:n, joka siirtyy tuman sisään ja muuttaa siellä eri geenien ilmentymistä. Se muun muassa pysäyttää solusyklin, käynnistää DNA-vaurion korjaamisen ja aktivoi Bax-geenin. DNA-vaurion laajuudesta riippuu, onnistuuko korjaus vai ajautuuko solu apoptoosiin. Solun pinnalla on reseptoreita, joita voivat aktivoida muun muassa sytokiinit eli liukoiset tulehdustekijät sekä tulehdussolujen reseptorit. Ulkoisten ja sisäisten tekijöiden aiheuttama apoptoosin mekanismin etenemisreitit eroavat toisistaan mutta päätyvät lopulta samaan tulokseen, solun kuolemaan (Heino ym. 2010). Ulkoiset signaalit, joista tärkeimpiä ovat Fasligandi ja tuumorinekroosi tekijä-1 TNFR-1, sitoutuvat solun pinnalla oleviin reseptoreihin. Fas-ligandi kiinnittyy Fas-reseptoriin (tunnetaan myös nimillä APO-1 ja DC95), joka on solukalvon proteiini. Fas-proteiinissa on kolme samanlaista alayksikköä eli domeenia, jotka trimerisoituvat, kun Fas-ligandi kiinnittyy proteiiniin. Tämä polymeeri tarttuu FADD-soviteproteiiniin ja sen välityksessä kysteiini-proteaasi kaspaasi- 8:ksaan, jolloin muodostuu DISC-kompleksi (death-inducing signaling complex), joka aloittaa apoptoosin. TNFR-1 toimii hyvin samanlaisessa tavalla mutta sen aktivoi liukoinen sytokiini TNF-alfa. Aktivoituneella kaspaasi-8:lla on kahdenlaisia vaikutuksia. 1) se voi muokata prokaspaasi-3:n aktiiviseksi kaspaasi-3:ksi, joka pilkkoo soluplasman proteiineja sekä tumassa sijaitsevan kromosomalisen DNA:n. 2) Kaspaasi-8:ksan voi myös pilkkoa Bid:in, joka on Bcl-2 ryhmään kuuluva apoptoosia inhiboiva tekijä. Pilkkoutunut Bid kulkeutuu mitokondrioon, missä se aiheuttaa sytokromi c vapautumisen sytoplasmaan. Se taas aktivoi kaspaasi-9:sän, joka osallistuu apoptosomin rakentamiseen. Se muodostuu, kun kaspaasi-9:sän liittyy ensin sytoplasmassa olevaa Apaf-1-proteiiniin (muodostuu Apaf- 1-oligomeeri), johon liittyy entistä enemmän proteiineja ja lopulta syntyy apoptosomi (Kierszenbaum 2007). Kaspaasi-9:sän ja muut aktivoituneet kaspaasit voivat kiinnittyä myöhemmin apoptosomiin. Aktivoituneet kaspaasit saavat aikaan noidankehän, jossa Bcl-2 hajoaa ja lisää kaspaaseja aktivoituu. Kuva 2: Apoptoosin säätely

215 Apoptoosi etenee, kun solun kromatiini tiivistyy, kasaantuu tumakoteloa vasten ja lopulta pilkotaan noin 200 emäsparin pituisiksi pätkiksi. Solun koko pienenee ja muoto muuttuu. Tumakotelo ja solun tukiranka hajotetaan ja ympäröidään kalvoilla. Solukalvo kuplii, ja solu menettää kiinnittymisen ympäristöönsä. Lopulta solu hajoaa kokonaan useiksi solukalvon ympäröimiksi rakkuloiksi, jotka makrofagit ottavat sisäänsä ja hajottavat lopullisesti apoptosoidun solun makromolekyylit (Heino ym. 2010). Apoptoosin vaikutukset ja analysointi Apoptoosin avulla elimistö voi poistaa tarpeettomia ja vaurioituneita soluja ilman tulehdusreaktiota tai viereisten solujen vahingoittumista. Sikiön kehityksen aikana on myös useita tilanteita, joissa apoptoosia tarvitaan. Esimerkiksi muodostuvien sormien ja varpaiden ympäriltä eliminoidaan ylimääräinen kudos apoptoosilla. Samoin kehittyvästä keskushermostosta poistetaan turhat neuronien yhteydet ja synapsit apoptoosilla. Aikuisessa yksilössä mm. ääreisverenkierron vanhat granulosyytit ja elimistön normaalin kudoksen kanssa reagoivat T-lymfosyytit sekä mutatoituneet solut käyvät läpi apoptoosin (Kierszenbaum 2007). Liiallinen apoptoosi voi olla syynä kehityshäiriöihin sekä Alzheimerin, Parkinsonin ja Huntingtonin tauteihin. Toisaalta apoptoosin puuttuminen on yhdistetty autoimmuunisairausiin, syövän syntyyn ja pitkittyneisiin virusinfektioihin (Jäättelä 1997). Solujen kuolemista voidaan havaita ja analysoida esimerkiksi TUNEL:in ja kaspaasiaktiivisuusmenetelmien avulla. TUNEL kehitettiin vuonna 1992 Gavrielin ym. toimesta, ja se perustuu apoptoosissa tapahtuvaan DNA:n pilkkoutumiseen. Terminaalinen deoksinukleotiditransferaasi (TdT) kiinnittää merkkiaineen dutp spesifisesti apoptoosissa pilkotun DNA:n 3`-pään OHryhmään, jolloin pilkkoutunutta DNA:ta voidaan tutkia geelielektroforeesissa tarkemmin (Gavriel ym. 1992). TUNEL:in rajoituksiin on kuitenkin kuulunut mm se että sillä voidaan analysoida vain tietynlaisia näytteitä. Sen ominaisuuksia ja spesifisyyttä onkin sitten parannettu huomattavasti (Negoescu ym. 1996). Kaspaasiaktiivisuusmenetelmät perustuvat aktivoitavien kaspaasien määrän mittaamiseen. Erilaisia solukuoleman analysointi menetelmiä on kuitenkin valtavasti. Edellä mainittujen lisäksi löytyy DNA:n pilkkoutumisanalyysi sekä luminesenssiin, fluerosenssiin ja kolorimetriaan perustuvia analyysejä. Uusimmat tekniikat ovat niin kutsuttuja lisääsekoita-mittaa menetelmiä, jotka mahdollistavat kaspaasiaktiivisuuden määrittämisen suoraan näytteestä (Niles ym. 2008). Nekroosin mekanismi Nekroosiin johtavat tekijät Nekroosi aiheutuu yleensä solun ympäristön muutoksista. Solun ulkopuoliset tekijät voivat olla joko fysikaalisia tai kemiallisia kuten iskemia eli hapen puute, lämpötilan muutos, matala ph, myrkyllinen yhdiste, viruksen aiheuttama infektio tai komplementin sitoutuminen. Pula ATP:stä sekä happiradikaalit ovat merkittäviä nekroosin laukaisijoita. Happiradikaaleja syntyy jatkuvasti muun muassa soluhengityksessä. Soluilla on happiradikaaleja vastaan hyvä suojamekanismi, joka voi kuitenkin heikentyä. Silloin radikaalien määrä voi olla jopa niin suuri että solu ajautuu nekroosiin. Näiden tekijöiden lisäksi myös säteily ja mekaaninen ärsytys voivat aiheuttaa nekroosia (Niemi ym. 1995). Lisäksi nekroosia aiheuttavat erilaiset bakteerit, virukset ja alkueläimet, sekä jopa eräät immuunipuolustuksen solut, kuten vatsakalvon magrofagit (Proskuryakov ym. 2003). Nekroosin päätapahtumat Nekroosi on hallitsematon tapahtumasarja, joka johtaa solun kuolemaan. Toisin kuin apoptoosi, nekroosi ei vaadi energiaa tapahtuakseen. Nekroosi alkaa kun solukalvo vaurioituu ja solun sisään alkaa virrata vettä ja ioneja solun ulkopuolelta. Ensin turpoaa solulima, koska sileä endoplasmakalvosto laajenee ja ribosomit irtoavat karkean endoplasmakalvoston pinnasta. Lisäksi solukalvoon ilmaantuu soluliman pullistumia. Nämä eivät vielä välttämättä johda solun kuolemaan, mutta jos turpoaminen jatkuu, on kuolema solun vääjäämätön kohtalo. (Niemi ym. 1995) Solun turpoamisen laajeneminen soluelimiin on varma merkki nekroosiin joutumisesta. Etenkin mitokondrioiden suuri laajeneminen sekä elektronitiheiden saostumien ilmaantuminen niiden ytimiin merkitsee ehdotonta kuolemaa. Saostumat aiheutuvat proteiinien denaturoitumisesta sekä kalsiumfosfaattikiteistä. Lopulta solu on turvonnut niin paljon että sen tukiranka ja solu-

216 kalvoa hajoaa. Tuma säilyy ehjänä pisimpään. Hajonneen solun sisältö vapautuu solun ulkopuolelle. Tämä aiheuttaa tulehdusreaktion. (Niemi ym. 1995). Nekroosia aiheuttavia tekijöitä on paljon, joten on ymmärrettävää että se liittyy myös moniin sairauksiin. Esimerkiksi syöpäkudoksessa on usein kuolioalueita, etenkin säde- ja lääkehoidon seurauksena. Muita sairauksia, joissa esiintyy nekroosia, ovat muun muassa Alzheimerin tauti, Creutzfeldt-Jakobin tauti sekä epilepsia. Näissä kolmessa sairaudessa nekroosia esiintyy hermosoluissa. (Proskuryakov ym. 2003) Nekroosista voi olla myös hyötyä, sillä sitä tapahtuu patologisien prosessien ohella myös fysiologisissa prosesseissa. Muun muassa alkionkehityksessä sekä kudosten normaalissa uusiutumisessa nekroosia esiintyy apoptoosin rinnalla. Esimerkiksi ohutsuolen uusiutumisessa tapahtuu sekä apoptoosia että nekroosia. On myös tutkittu että nekroosia voitaisiin käyttää terapeuttisiin tarkoituksiin esimerkiksi käynnistämällä aktiivisesti syöpäkudoksen tuho. (Proskuryakov ym. 2003). Apoptoosin ja nekroosin lisäksi on olemassa myös muita solukuoleman muotoja. Esimerkiksi kaspaasivapaassa solukuolemassa AIF, EndoG ja LDNAsell aktivoivat samat kuolonreseptorit kuin apoptoosissa ja saavat solun ajautumaan kuolontielle. Lisäksi on havaittu että nekroosi voi olla myös ohjelmoitua. Tutkimuksesta on käynyt ilmi että nekroosiin liittyy samoja tekijöitä kuin apoptoosiin. Esimerkiksi Bcl-2. (Guimarães ym. 2004). Lähteet Arumäe U., Haltia M. ja Sariola H. Apoptoosi hermoston kehityksessä ja rappeutumistaudeissa. Duodecim. 113. 1997. Gavrieli Y., Sherman Y. ja Ben-Sasson S. A. Identification of Programmed Cell Death In Situvia Specific Labeling of Nuclear DNA Fragmentation. The Rockefeller University Press. 119.1992. Guimarães CA, Linden R. Programmed cell death: Apoptosis and alternative deathstyles. Eur. J. Biochem. 271. 2004, s. 3 ja7. Heino J., Vuento M. Biokemian ja solubiologian perusteet. WSOYPro. 2010 s.281 286 Jäättelä, M. Apoptoottisen solukuoleman mekanismit. Duodecim. 113. 1997. Kierszenbaum AL. Histology and cell biology. Mosby 2007. s.97 10 Negoescu A., Lorimier P., Labat-Moleur F., Drouet C., Robert C., Guillermet C., Brambilla C. ja Brambilla E. In Situ Apoptotic Cell Labeling by the TUNEL Method: Improvement and Evaluation on Cell Preparations. The Journal of Histochemistry and Cytochemistry vol. 44. 1996. Löytyy osoitteesta: http://jhc.sagepub.com/ content/44/9/959.full.pdf+html Niemi M, Virtanen I, Vuorio E. Solu- ja molekyylibiologia. Weilin+Göös. 1995, s.268 271. Niles AL, Moravec RA ja Riss TL. Caspase activity assays. Methods Mol Biol. 414. 2008 Proskuryakov S.Y., Konoplyannikov A.G. ja Gabai V.L. Necrosis: a specific form of programmed cell death? Elsevier Science: Experimental Cell Research 283: 1 16. 2003.

217 C5 Solujen toiminnan epigeneettinen säätely hankittujen ominaisuuksien periytymisen mekanismit Pulkkinen, Johannes & Punkeri, Tomi Solu- ja kehitysbiologian kurssin kirjoitelma Anatomian ja solubiologian laitos, Oulun yliopisto 11.9.2012 Tarkistaja: Siri Lehtonen Tiivistelmä Periytyvät muutokset geenin ilmentymisessä ovat epigeneettisiä muutoksia. Epigeneettiset muutokset eivät muuta DNA:n emäsjärjestystä. Solujen normaalissa toimintakierrossa epigeneettiset muutokset passivoivat ja aktivoivat geenejä. Muun muassa DNA:n metylaatio, histonien post-translationaaliset muutokset, nukleosomirakenteen muut taminen ja ei koodaavaan RNA:n toiminta ovat epigeneettisiä muutoksia. Histonikoodi tarkoittaa tiettyjen histonien ja nii hin liittyvien proteiinien epigeneettisiä muutoksia. Histonien post-translationaalisia muu toksia ovat mm. fosforylointi, metylointi, asetylointi, ubikinointi ja sumolaatio. Nukleosomi raken netta muuttavat erilaiset proteiinikompleksit. Esi merkiksi syövissä onkogeenien aktivoituminen ja kasvainten estäjä-geenien hiljentyminen ovat epigeneettisten muutosten vaikutuksia. Epigeneetti siä muutoksia aiheuttavien tekijöiden määrää kudoksissa voidaan mitata. Esimer kiksi syöpä kasvaimen kykyä lähettää etäpesäkkeitä voidaan arvioida mittaamalla näitä teki jöitä. (Alberts ym. 2008, Hallgrímsson ym. 2011 ja Tollervey ym. 2012) Johdanto Transkriptiotekijät ovat merkittävä tekijä geeniekspressiossa ja solujen erilaistumisessa. Kuitenkin solujen sen hetkinen erilaistumisvaihe vaikuttaa niihin, eivätkä ne siksi välttämättä pysty aktivoimaan tiettyä geeniä. Transkriptiotekijöiden pääsyä geenin promoottorialueelle voi estää esimerkiksi kromatiinin tiukka pakkautuminen heterokroma tiiniksi. Epigeneettiset muutokset edesauttavat transkriptiotekijöiden sitoutumista geenin pro moottorialueelle muuttamalla kromatiinirakennetta. Näin juuri tietyt geenit voivat olla aktiivi sia. Epigeneettiset muutokset tapahtuvat suoraan DNA:han, histoneihin ja nukleosomiraken teeseen. DNA:n emäsjärjestyksen muutokset eivät ole epigeneettisiä muutoksia. Epigeneettiset muutokset periytyvät geneettisen tiedon tavoin. (Hallgrímsson ym. 2011) Suoraan DNA:han tapahtuvat epigeneettiset muutokset DNA:n metylointi Solujen erilaistuminen ja alentunut transkriptioaktiivisuus (esimerkiksi X-kromosomin hiljentyminen) ovat DNA:n metylaation vaikutuksia. Siinä metyyliryhmä liittyy kovalenttisesti johonkin nukleotidiin. Selkärankaisilla metyyliryhmän kiinnittyminen tapahtuu ainoastaan sytosiiniin. DNA:n metylaation vastavaikuttaja on demetylaatio, joka voi tapahtua passiivi sesti tai aktiivisesti. Passiivisesti se tapahtuu silloin, kun metylaatiota aiheuttavien entsyymien pääsy estetään tytärsolujen DNA:lle. Aktiivisesti demetylaatio tapahtuu erilaisten entsyymien välityksellä. (Tollervey ym. 2012) CpG-saarekkeet ovat sytosiinia ja guaniinia runsaasti sisältäviä DNA-alueita, joissa sytosiinin ja guaniinin välillä on fosfodiesterisidos. Mikäli CpG-saarekkeet ovat sijoittuneena house-holding geenien (aktiivisia geenejä) promoottorialueille, jäävät niiden sytosiinit usein me tyloitumatta. Mikäli promoottorin CpG-saarekkeet metyloidaan, vähenee usein geenin tran skriptioaktiivisuus. Metyloituneet CpG-saarekkeet häiritsevät transkription aloitusta kahdella tavalla: ne voivat estää transkriptiotekijöitä kiinnittymästä promoottorialueelle tai muuttavat metyloi tuessaan kromatiinirakennetta. (Alberts ym. 2008 Tollervey ym. 2012) DNA:n metylaatio pystyy periytymään jälkeläissoluille. Tämä perustuu metylaasi-entsyymien kykyyn tunnistaa kaava, jolla DNA kuuluu metyloida. Metylaasi-entsyymit metyloivat tytärsolujen sytosiinit vanhempien solujen metylaatioiden mukaisesti. (Alberts ym. 2008 467. Tollervey ym. 2012)

218 Kuva 1: DNA:n sytosiiniemäksen metylaatio. 5-hiileen on liittynyt metyyliryhmä. Keuhkosyöpä on erittäin monimuotoinen sairaus sekä geneettisesti että epigeneettisesti. DNA:n metylaatiomäärät vaihtelevat keuhkosyöpätyyppien välillä. Tulevaisuudessa tulee mahdollisesti olemassa DNA:n metylaatioon liittyviä indikaattoreita, joilla voidaan arvioida keuhkosyövän ennustetta. Esimerkiksi eräässä magnoidisessa keuhkosyövässä (keuhkosyövän molekulaarinen alatyyppi) on havaittu tavallista runsaampaa metylaatiota (hypermetylaatio) verrattuna muihin keuhkosyöpiin tai tavalliseen keuhkokudokseen. (Wilkerson ym. 2012) Somaattisissa soluissa olevan kasvainten kasvamista estävän geenin TP53 metylaatio liittyy olennaisesti syövän syntyyn. Metyyliryhmän läsnäolo CpG saarekkeesa TP53-geenin koodaavassa alueessa lisää ultraviolettivalon aiheuttamia mutaatiota monissa ihosyövissä. (Jones ym. 2002) Nukleosomirakenteen muutokset Nukleosomirakenne Nukleosomi koostuu kahdeksasta toisiinsa liittyneestä histoni-proteiinista, jotka muodostavat yhdessä oktameerirakenteen, ja niiden ympärille kiertyneestä DNA-ketjusta. Ydinhistonit ovat H2A, H2B, H3 ja H4. H1-histoni toimii yhdistävänä proteiinina nukleosomien vä lillä. Ydinhistoneista työntyy ulos aminopää ( histonien hännät ), joihin kohdistuu monia ko valenttisia muutoksia. (Alberts ym. 2008) DNA:n metylaation merkitys solujen erilaistumisessa Alkeissukusoluissa monien geenien DNA-metylaatiokaava uudelleenohjelmoidaan DNA:n demetylaation ja sitä seuraavan de novo -metylaation johdosta. De novo -metylaatio tarkoittaa eliön alkuvaiheessa tapahtuvia metylaatioita. (Cassandra ym. 2008) Kantasolujen pluripotenttiuteen viittaavat geenit ovat usein hypometyloituja (vähän metylaa tiota) ja somaattiset (erilaistuneet) solut hypermetyloituja (paljon metylaatiota). Pluripotenttiuteen viittaavien geenien promoottorialu eiden metylaatio on merkittävä tekijä yksilön solujen erilaistumisessa. DNA:n metyloitumi nen voidaan havaita munasolussa mittaamalla geenin koodaavan proteiinin pitoisuus siinä. (Ooi ym. 2007 Cassandra ym. 2008) Kuva 2: Nukleosomin rakenne. Histonien metylaatio Histonien metylaatiossa metyyliryhmä liittyy histoniproteiiniin. Tunnetuimmat histonien metyylitransferaasit ovat TrxG (trithorax-ryhmä)- ja PcG (polycomb-ryhmä)-kompleksit. TrxGkompleksi aktivoi transkriptiota ja PcG deakti-