Mikko Nikinmaa

Lääketieteen Nobel-palkinnon 2019 saivat William Kaelin, Peter Ratcliffe ja Greg Semenza solujen hapesta riippuvan geenisäätelyn mekanismien selvittämisestä. Semenza tutkimusryhmineen löysi 1990-luvun alkupuolella tekijän, jonka määrä kasvoi huimasti vähähappisessa ympäristössä ja joka näytti säätelevän vähässä hapessa ilmenevien geenien luentaa. Löydettyä valkuaisainetta kutsutaan nimellä hypoksian indusoima tekijä, HIF.

Kun HIF:in itsensä geeniluenta oli ihmisen ja laboratorionisäkkäiden soluissa happipitoisuudesta riippumatonta, täytyi vielä keksiä, miten HIF:in pitoisuus voi kasvaa huimasti happipitoisuuden laskiessa. Tämän tekivät William Kaelin ja Peter Ratcliffe tutkimusryhmineen raportoiden tuloksensa 2001.

HIF:in hajotus oli happipitoisuudesta riippuvaa spesifisen entsyymin toiminnasta johtuen. Kun tekijä hajotetaan nopeasti korkeassa ja ei ollenkaan alhaisessa happipitoisuudessa, muuttuu sen määrä happipitoisuuden funktiona huolimatta siitä, että geeniluennan nopeus ei muutu. Peter Ratcliffen tutkimusryhmässä tutkijatohtorina tuolloin ollut turkulaislähtöinen Panu Jaakkola oli HIF:in määrää säätelevän mekanismin raportoineen artikkelin pääkirjoittaja.

Vaikka solutoimintojen happiriippuvuus on tärkeää ihmissoluille, se on monin verroin merkittävämpää vettä hengittäville eläimille johtuen siitä, että veden happipitoisuus on vain 1/30 ilman happipitoisuudesta. Lisäksi happimolekyylien liike vedessä on tuhansia kertoja hitaampaa kuin ilmassa ja vettä on paljon raskaampi hengittää kuin ilmaa. Ei olekaan ihme, että yksi suurimmista ympäristöongelmista järvissä ja merissä on vähähappisuus: sitä aiheuttavat niin rehevöityminen kuin ilmastonmuutos. Lisäksi useat ympäristömyrkyt vaikuttavat hapesta riippuviin solutoimintoihin.

Kun tulin Turun yliopiston biologian laitokselle 1995, Greg Semenzan ensimmäiset havainnot oli juuri julkaistu. Ne olivat lähtökohtana ympäristötutkimuksellemme, joka on selvittänyt, miten vähähappinen ympäristö ja ympäristömyrkyt vaikuttavat erityisesti kalojen hapesta riippuviin solutoimintoihin ja sitä kautta selviytymiseen rehevässä ja saastuneessa ympäristössä.

Koska happi on tärkeä vesieläinten evoluutiota ohjaava tekijä, on kalojen evoluutio ollut myös tärkeä työsarka. Tutkimusohjelma, jonka tuloksena on jo yli 30 ympäristöpainotteista artikkelia hapesta riippuvien solutoimintojen säätelystä, on luotu Turussa eikä ole ollut onnistuneen tutkimusvierailun tulos.

Koska kalojen pitää tulla toimeen paljon alhaisemmassa ja vaihtelevammassa happipitoisuudessa kuin nisäkkäiden, ei ole ollut ihme, että tutkimuksemme ovat osoittaneet HIF:in säätelyn olevan paljon monipuolisempaa kaloissa kuin ihmissoluissa. Kloonasimme maailmassa ensimmäisinä kalaHIF:in. Toisin kuin ihmissoluissa, sitä esiintyi jo normaalissa laskimoveren hapen osapaineessa. Lisäksi tekijän esiintymistä säädellään sekä geeniluennan että HIF-proteiinin hajotuksen tasolla.

Vaikka syytä geeniluennan muutoksille ei vielä tiedetä, luennan muutokset suurenevat, kun vähähappisuusjaksojen määrä kasvaa. Tuloksemme ovat osoittaneet myös, että vähähappisuuden lisäksi lämpötilan nousu aiheuttaa HIF:in kertymistä. Lisäksi kalojen evoluution kuluessa on erilaisia HIF muotoja syntynyt useampia kuin nisäkkäillä havaitut. Niillä on toistaiseksi huonosti tunnettuja uudistoimintoja. Kun lisäksi olemme havainneet useiden ympäristömyrkkyjen ja vuorokauden ajan vaikuttavan HIF-tasapainoon, tehdyt tutkimukset osoittavat vesien tämänhetkisten ja ennustettujen ympäristömuutoksien vaikuttavan kalojen selviytymiseen.

Työmme biologian laitoksella ovat olleet maailmanlaajuisesti uraa uurtavia aiheesta, joka on lääketieteen puolella katsottu Nobel-palkinnon arvoiseksi. Tästä huolimatta toiminnallinen ja solubiologinen ympäristötutkimus on tähän asti jäänyt vähälle huomiolle, vaikka mitään ympäristömuutoksien aiheuttamia ekologisia vaikutuksia ei voisi olla, elleivät ainakin jonkin eliön toiminnot tai niiden säätely muutu tai häiriinny. Tämä johtuu varmaan siitä, ettei tutkimus ole ympäristöbiologian valtavirtaa.

Kun kerran ympäristöpainotteista solutoimintojen tutkimussuunnitelmaamme kritisoinut arviointipaneeli sanoi, että tämä ei ole hyvää tutkimusta, koska suunnitelmasta ei tiedä mihin työ johtaa, voi nyt vastata, että tutkimus on maailmanlaajuisesti uraauurtava ympäristöbiologinen vastine sille, mikä lääketieteen puolella on katsottu Nobel-palkinnon arvoiseksi.

Vaikka olenkin jo jäänyt eläkkeelle, on hienoa, että Turun yliopiston fysiologinen ympäristötutkimus säilyy ja toivottavasti vielä vahvistuu uuden sukupolven myötä.

Mikko Nikinmaa
Kirjoittaja on eläinfysiologian professori emeritus



FacebooktwitterFacebooktwitter