Kirjoittanut: Aurora Taira
Mikä täydellinen päivä piirakan leipomiseen! Kaiva esiin reseptikirjasi ja katso sivua, johon olet laittanut kirjanmerkin. Ehkäpä muutkin suosikkisi ovat saaneet oman kirjanmerkkinsä, kun puolestaan sivu homejuustolla maustetusta sienikeitosta on jätetty tyystin huomiotta…Tai ehkäpä se on jopa merkitty punaisella varoitusmerkillä!
Kehosi jokainen solu käyttää itse asiassa samaa reseptikirjaa valmistaessaan tarvitsemiaan proteiineja, jotka tekevät soluista sellaisia kuin niiden täytyykin olla. Tämä ei välttämättä kuulosta uskottavalta, sillä ovathan solut silmässäsi ja isovarpaassasi aika lailla erilaisia. Juju piilee siinä, että solut ovat laittaneet kirjanmerkkejä saman kirjan eri sivuille; vaikka joka solussa onkin identtinen genomi, ei joka solussa valmisteta joka ikistä mahdollista proteiinia.
Me geneetikot kutsumme tällaisia “kirjanmerkkejä” epigeneettiseksi säätelyksi. DNA:n metylaatio on lienee kaikkein tutkituin epigeneettisen säätelyn mekanismeista ja liittyy usein geeniekspression vaimentamiseen. Epigeneettisten tekijöiden säätely on ehdottoman tärkeää solujen normaalille erilaistumiselle, kasvulle ja toiminnalle.
Miten käy, kun reseptikirjaa ei tulkita oikein? – Esimerkkinä lymfooma-alttius suomalaisessa perheessä
Solussa reseptikirjan (eli tässä tapauksessa genomin) lukeminen voi mennä pieleen monella tapaa. Jos solussa on mutaatioita, voi itse reseptikirja olla rikki. Solu voi tässä tapauksessa valmistaa toimimattomia proteiineja. Kirjanmerkit väärillä sivuilla voivat johtaa epänormaaliin geenisäätelyyn. Usein nämä muutokset altistavat solut haitalliselle kehitykselle ja siten syövän synnylle.
Löysimme hiljattain suomalaisen perheen, jossa useammalla henkilöllä oli diagnosoitu lymfooma. Koska kaikki potilaat olivat samasta perheestä niin arvelimme, että nämä ihmiset ovat luultavasti perineet jonkin hematologisille syöville altistavan mutaation. Mutaatiotutkimusten jälkeen havaitsimme, että osa perheenjäsenistä kantoi perinnöllistä heterotsygoottista mutaatiota geenissä nimeltään TET2.
Kertomus TET2:sta
TET2 on tärkeä DNA:n demetylaation säätelijä hematopoieettisissa soluissa ja hematologisia sairauksia potevilla henkilöillä on usein somaattisia mutaatioita tässä geenissä. Tarkastelemamme perheen TET2-mutaation kantajilla on tästä entsyymistä vain yksi toiminnallinen kopio ja tästä johtuen havaitsimme heidän genomissaan ylimääräistä metylaatiota eli hypermetylaatiota. Epigeneettisessä säätelyssä on tapahtunut virhe; Koska toiminnallisen TET2 entsyymin määrä on laskenut, ei demetylaatio eli metylaation poisto tapahdu normaalisti ja metylaatiota kertyy vääriin paikkoihin genomissa. Toisin sanoen mutaatio tärkeässä epigeneettisessä säätelygeenissä aiheuttaa virheitä genomin kirjanmerkkeihin ja altistaa mutaation kantajat kohonneelle riskille sairastua lymfoomaan.
Perheeseen kuului iäkkäämpien lymfoomadiagnoosin saaneiden mutaation kantajien lisäksi nuorempia aikuisia, joilla ei oltu todettu lymfoomaa mutta joiden genomissa havaittiin ylimääräistä hypermetylaatiota. Voisimmeko tehdä jotain tälle hypermetylaatiolle ja siten mahdollisesti pienentää näiden ihmisten riskiä sairastua lymfoomaan?
Kirjanmerkit kuntoon C-vitamiinilla
Tutkimustuloksia ei voi soveltaa käytäntöön eikä uusia hoitomuotoja kehittää ilman perustutkimusta. Aikaisemmat tutkimukset hiirillä ja solulinjoilla olivat löytäneet kiehtovan piirteen tutkimastamme geenistä: C-vitamiini tehostaa TET2:n toimintaa. Tästä innostuimme kysymään, voisiko sama toimia myös ihmisillä. Osa tutkimamme lymfooma-alttiusperheen jäsenistä osallistui tutkimukseen, jossa osallistujat söivät päivittäin yhden gramman C-vitamiinia vuoden ajan. Keräsimme verinäytteitä ennen tutkimuksen aloittamista, puolen vuoden kohdalla ja vuoden kuluttua C-vitamiinikuurin aloittamisesta ja analysoimme kokeen osallistujilta genominlaajuiset metylaatio- ja geeniekspressiotasot.
Toden totta, kokeemme näytti toimivan! Havaitsimme, että C-vitamiini tehosti demetylaatiota ja vähensi hypermetyloitujen positioiden osuutta ns. enhancer-alueilla (geenisäätelyyn liittyviä alueita). Ennen C-vitamiinitutkimuksen alkua TET2 mutaatiostatus nosti metylaatiotasoja tärkeiden hematopoieettisten transkriptiofaktoreiden (esimerkiksi TBX21 ja SPI1) sitoutumispaikoilla, mutta ei enää 12 kuukauden kuluttua päivittäisen C-vitamiinilisän ottamisen jälkeen. Mutaation kantajien ja mutaatiota kantamattomien perheenjäsenten väliset geeniekspressioerot vähenivät C-vitamiinitutkimuksen päätyttyä.
Tulosten tulkinta – helppo nakki?
Tulosten tulkinta ei ollut helppoa, sillä demetylaation säätely ei ole yhtä yksinkertaista kuin jatko-opiskelija voisi toivoa sen olevan. Demetylaatio voi tapahtua joko passiivisesti solunjakautumisen yhteydessä tai aktiivisesti TET2:n aiheuttaman oksidaatioreaktion avulla. TET2:n aiheuttaman oksidaation seurauksena syntyy ensimmäisenä 5-hydroksimetyylisytosiinia, jota seuraavat myöhemmät oksidaatiotuotteet 5-formyylisytosiini ja 5-karboksyylisytosiini. Lopulta DNA:han voidaan korjata tavallinen sytosiiniemäs. Promethion nanopore-sekvenointilaitteemme avulla pystyimme mittaamaan aineistostamme sekä metylaatiota että hydroksimetylaatiota.
Se, mitä itse asiassa havaitsimme, oli genominlaajuinen hydroksimetylaatiotasojen eikä metylaatiotasojen lasku. Mallinnettuamme demetylaatioprosessin eri vaiheita havaitsimme, että C-vitamiini tehosti erityisesti jälkimmäisten oksidaatiovaiheiden nopeutta mutaation kantajilla. Tästä päättelimme, että C-vitamiini tehostaa TET2:n aktiivisuutta viemällä oksidaatioprosessin kokonaisuudessaan loppuun nopeammin ja että kokoverinäytteistä saadut tuloksemme 12 kuukauden C-vitamiinitutkimuksen jälkeen luultavasti heijastelevat uutta epigeneettistä tasapainotilaa.
Tarinan seuraava luku
Tutkimuksen tekemisessä on kyse totuuden etsimisestä huolellisesti suoritettujen tutkimusten ja kokeiden avulla, mutta myös siitä, että aikaisemmin julkaistuja tutkimuksia tarkastellaan kriittisesti. Meidän tulostemme perusteella C-vitamiinista voisi olla hyötyä hematologisten syöpien ehkäisyssä TET2 mutaatioiden kantajille. Tässä vaiheessa on kuitenkin tärkeää muistaa, että havaintojemme vahvistaminen edellyttää lisätutkimuksia. Vaikka tuloksemme ovatkin lupaavia, ei virallisia suosituksia voida tässä vaiheessa antaa. Odotamme mielenkiinnolla, miten tiedeyhteisö reagoi tutkimukseemme ja toivomme, että työmme on innostanut hematologisten sairauksien tutkimuksen parissa työskenteleviä tutkijoita.
Taira, A., Palin, K., Kuosmanen, A., Välimäki, N., Kuittinen, O., Kuismin, O., … & Aaltonen, L. A. (2023). Vitamin C boosts DNA demethylation in TET2 germline mutation carriers. Clinical Epigenetics, 15(1), 7.
Tumor Genetics Blog 