”Koskaan ei ole ollut niin hyvä aika olla mitokondriotutkija kuin nyt”

Mitokondriotutkimus on kokemassa renessanssia biolääketieteen tutkimuskentässä, sanoo apulaisprofessori Thomas McWilliams. Eikä ihme: mitokondrioiden toimintahäiriöillä näyttää olevan yhteys hämmästyttävän moniin sairauksiin.

Apulaisprofessori ja akatemiatutkija Thomas McWilliams kertoo olevansa valtavan kiinnostunut mitokondriaalisesta signaloinnista ja soluelinten nokkelasta keskustelusta.

Mitokondriot ovat soluaineenvaihdunnan keskiössä. Nuo sauvamaiset rakenteet muodostavat soluissamme dynaamisen, lähestulkoon ’sosiaalisen’ verkoston. Ne toimivat läheisessä vuorovaikutuksessa muiden soluelinten kanssa ja tuottavat kemiallista energiaa, joka ylläpitää elämää, hän kuvaa.

Energiatuotannon lisäksi mitokondrioilla on monia muitakin elintärkeitä tehtäviä, ja toimivat äitilinjan geneettisenä muistina.

Mitokondrioiden keskeinen rooli solun aineenvaihdunnassa merkitsee sitä, että häiriöt niiden toiminnassa merkitsevät yleensä vakavia ongelmia. Mitokondrioiden toimintahäiriöt onkin yhdistetty ällistyttävän moniin erilaisiin ihmisten sairauksiin, harvinaisista perinnöllisistä oireyhtymistä aina yleisempiin omasyntyisiin sairauksiin, kuten hermoston rappeumasairauksiin, diabetekseen ja syöpään.

Solukin sen osaa: laadunvalvontaa ja kierrätystä

Solut ovat kehittäneet hyvin hienovireisen valvontajärjestelmän havaitsemaan mitokondriaaliset vauriot ja varmistamaan näiden elintärkeiden energialaitosten häiriöttömän toiminnan. McWilliams on erityisen kiinnostunut juuri näistä mitokondriaalisista laadunvalvontaprosesseista ja niiden säätelystä.  

Pohjimmiltaan tässä järjestelmässä on kysymys autofagiasta – sana on peräisin kreikankielestä ja tarkoittaa ’itsensä syömistä’. Kysymyksessä on hienostunut kierrätysmekanismi, jota solut käyttävät tuhotakseen myrkylliset tai tarpeettomat osaset. – Aivan niin kuin kotona lajittelemme jätteemme tiettyihin kategorioihin oikeaoppista hävittämistä varten, myös solut kykenevät valikoivasti tunnistamaan haitallisen aineksen ja hankkiutumaan siitä eroon, McWilliams selittää.

McWilliamsin tutkimusryhmän tavoitteena on ymmärtää kuinka solut hyödyntävät tätä kierrätysjärjestelmää vahingoittuneiden mitokondrioiden suhteen. ’Mitofagia’ on erikoistunut laadunvalvontaprosessi, joka jäljittää, neutraloi ja tuhoaa vahingoittuneita mitokondrioita.

Jo vuosikymmenen ajan mitofagia on ollut hyvin intensiivisen tutkimuksen kohteena monissa laboratorioissa eri puolilla maailmaa.

– Klassisesti mitofagiaa on tutkittu soluviljelmissä siten, että prosessi on käynnistetty kemiallisilla ärsykkeillä. Tämän lähestymistavan avulla on saatu hyvin yksityiskohtaista tietoa siitä kuinka solut eliminoivat vahingoittunutta mitokondriaalista ainesta vastareaktiona stressiin. Tämä työ on ollut elintärkeää, koska se on paljastanut tärkeät molekulaariset linkit Parkinsonin taudin ja mitokondriaalisen vaurion välillä, McWilliams sanoo. 

– Omassa tutkimuksessamme olemme käyttäneet huippuluokan menetelmiä ja työkaluja havainnollistaaksemme milloin, missä ja kuinka mitofagiaa esiintyy kudoksissa. Havaitsimme, ettei mitofagia ole ainoastaan stressivaste, vaan kudoksissamme jatkuvasti käynnissä oleva prosessi, ja että siinä on huomattavia eroavuuksia eri elinjärjestelmien ja solutyyppien välillä sekä jopa sikiönkehityksen eri vaiheissa. Mitofagia on hyvin monimutkainen prosessi in vivo ja vielä on jäljellä paljon työtä niiden molekulaaristen signaalien selvittämiseksi, jotka muokkaavat sitä eri tilanteissa.

– Nämä havainnot ovat paljastaneet kokonaan uudenlaisen maiseman tutkittavaksi. Palasin äskettäin oman alamme johtavasta kansainvälisesti konferenssista, ja oli jännittävää huomata, että se mitä me täällä teemme on aivan tämän tutkimuksen etulinjassa.

Jos jätehuolto takkuaa…

Jos solut eivät kykene tehokkaasti poistamaan vahingoittuneita mitokondrioita, seurauksena todennäköisesti on toimintahäiriöitä, jotka johtavat erilaisiin sairauksiin. McWilliams kuitenkin varoittaa liian hätäisistä johtopäätöksistä:

– Tarvitaan vielä paljon tutkimusta, jotta opimme ymmärtämään näitä prosesseja. Meidän on varottava, ettemme yksinkertaista liikaa emmekä vedä liian suoraan yhteyksiä solutason toiminnoista sairauksiin, joiden taustamekanismit voivat olla hyvin mutkikkaita.  Onneksi meillä nyt on käytössämme työkalut, joilla pystymme luotettavasti ja perusteellisesti selvittämään mitofagiaa ja se säätelyä.

McWilliams on uhmakkaan optimistinen:

– Koskaan ei ole ollut parempaa aikaa olla mitokondriotutkija kuin nyt!