Uutta tietoa Alzheimerin taudin riskigeenien molekyyli- ja solutason mekanismeista

Väitös molekulaarisen lääketieteen alalta

Väittelijä: Proviisori Timo Sarajärvi

Väitösaika ja -paikka: 16.12.2011 klo 12.00, Canthia L3, Kuopion kampus

Proviisori Timo Sarajärven väitöstutkimus tuotti uutta tietoa Alzheimerin taudin riskigeenien molekyyli- ja solutason mekanismeista. Seladiini-1-geeni ja delta-opioidireseptorigeeni ovat tunnettuja Alzheimerin taudin riskigeenejä. Toiminnallisissa tutkimuksissa selvitettiin näiden geenien vaikutuksia taudin kannalta keskeisissä solutason tapahtumissa.

Alzheimerin tauti on yleisin hermosoluja rappeuttava muistisairaus. Taudin etenemisessä keskeisiä ovat amyloidiprekursoriproteiini APP:n pilkkoutumisessa tapahtuvat muutokset, jotka vaikuttavat hermosolutuhoa edistävän peptidin, beeta‑amyloidin, tuotantoon ja kertymiseen aivokudoksessa. Tällä hetkellä tunnetaan kolme geeniä, APP-geeni sekä preseniliini 1- ja 2 -geenit, joiden mutaatiot aiheuttavat varhaisella iällä alkavan perinnöllisen Alzheimerin taudin. Nämä geenimutaatiot selittävät kuitenkin vain pienen osan Alzheimerin tautitapauksista. Suurin osa tapauksista on myöhäisiän tautimuotoa, jonka taustalla on sekä geneettisiä että ympäristöön liittyviä riskitekijöitä.

Viimeisten kahdenkymmenen vuoden aikana on löydetty satoja uusia geenejä, joiden on raportoitu joko altistavan Alzheimerin taudille tai suojaavan siltä eri etnisissä väestöryhmissä. Tästä huolimatta taudin perimmäisiä syntymekanismeja ei vielä ole täysin pystytty selvittämään. Siksi riskigeenien toiminnallinen tutkimus on ehdottoman tärkeää etsittäessä keinoja taudin ehkäisemiseksi sekä uusien biomarkkereiden löytämiseksi.

Sarajärven väitöstutkimuksen tarkoituksena oli selvittää jo tunnettujen geenimuutosten riskivaikutuksia itäsuomalaisilla Alzheimer-potilailla. Riskigeenialueiden valinta perustui julkiseen AlzGene-tietokantaan. Tutkimuksen aineisto koostui myöhäisiän Alzheimerin tautia sairastavista potilaista ja terveistä kontrollihenkilöistä. Geneettisissä jatkotutkimuksissa käytettiin yhdysvaltalaista Alzheimer‑perheaineistoa löydösten varmentamiseksi.

Lisäksi tavoitteena oli tutkia Alzheimerin taudin kehittymiseen liittyvien tekijöiden, kuten seladiini-1:n ja delta-opioidireseptorin, geneettisiä sekä molekyyli- ja solutason vaikutusmekanismeja erilaisissa Alzheimerin taudin solu- ja eläinmalleissa.

Geenimuutokset voivat vaikuttaa hoidon tuloksiin

Geneettiset tutkimukset osoittivat, että tuumorinekroositekijä alfan ja interleukiini 1-beetan geenimuutokset vaikuttivat Alzheimerin taudin riskiin itäsuomalaisessa tapaus‑verrokkiaineistossa. Lisäksi kyseiset geenimuutokset vaikuttivat merkittävästi Alzheimer-potilaiden selkäydinnesteen merkkiaineiden, kuten beeta-amyloidi 42:n ja tau-proteiinin tasoihin. Nämä geneettiset löydökset ovat kiinnostavia myös, koska näiden geenien koodaamat proteiinit ovat tärkeitä tulehdukseen, solukuolemaan ja hermosolujen rappeutumiseen liittyviä välittäjäaineita. Lisäksi ne säätelevät muistin toimintaa.

Toiminnallisissa tutkimuksissa osoitettiin molekyylitason mekanismi, jolla seladiini-1-proteiinin tasojen lasku solukuolemaa aiheuttavan stressin yhteydessä johti keskeisen beeta-amyloidia tuottavan entsyymin, beeta-sekretaasin, määrän lisääntymiseen solussa. Tämä puolestaan lisäsi beeta-amyloidin tuotantoa. Havainto on merkittävä Alzheimerin taudin patogeneesin kannalta, sillä seladiini-1:n tasojen on useissa aiemmissa tutkimuksissa raportoitu alentuneen juuri niillä aivoalueilla, joilla on eniten taudille tyypillisiä muutoksia.

Aikaisemmin on osoitettu, että delta-opioidireseptorin agonistivälitteinen aktivaatio lisää Alzheimerin taudissa keskeisten entsyymien, beeta‑ ja gamma-sekretaasien, aktiivisuutta ja samalla beeta-amyloidin muodostusta. Tässä tutkimuksessa havaittiin, että delta-opioidireseptorin tietty varianttimuoto, δOR-Cys27, lisäsi amyloidiprekursoriproteiinin pilkkoutumista muuttamalla sen solunsisäistä kuljetusta. Lisäksi delta-opioidireseptoria koodaavan geenin SNP-pohjainen analyysi osoitti, että reseptorin heterotsygoottimuoto δOR-Phe27Cys saattaa lisätä Alzheimerin taudin riskiä tutkittaessa itäsuomalaisia ja yhdysvaltalaisia Alzheimerin tautipotilaita.

Delta-opioidireseptorin antagonistihoitoja on esitetty yhdeksi vaihtoehdoksi Alzheimerin taudin lääkehoitoon. Sarajärven väitöstutkimuksen mukaan on mahdollista, että Alzheimer-potilaat, joilla on heterotsygoottimuoto δOR-Phe27Cys, reagoivat näihin hoitoihin amyloidiprekursoriproteiinin pilkkoutumisen ja beeta-amyloidin tuotannon osalta eri tavalla verrattuna δOR-Phe27-homotsygootteihin.

Aineksia diagnostiikan ja hoidon kehittämiseen

Viimeisessä osatyössä tutkittiin kalsiumkanavasalpaaja bepridilin vaikutuksia koe-eläinmallissa, jossa rotan toiseen aivopuoliskoon aiheutettiin kohdennettu aivoiskemia. Näillä rotilla beeta-amyloidin ja kalsiumin tasot lisääntyvät merkittävästi talamuksessa. Siksi ne soveltuvat hyvin myös Alzheimerin taudin patogeneesin tutkimiseen. Bepridilin on todettu aikaisemmissa tutkimuksissa toimivan ei-selektiivisenä kalsiumkanavaestäjänä sekä myös amyloidiprekursoriproteiinin beeta-sekretaasivälitteisen pilkkoutumista estäjänä. Tutkimuksessa pyrittiin selvittämään, voidaanko beeta-amyloidi- ja kalsiumpatologiaan vaikuttaa bepridil‑käsittelyllä aivoiskemian jälkeen.

Pitkäaikainen bepridil-käsittely laski rottien kohonneita beeta-amyloidi- ja kalsiumtasoja talamuksessa verrattuna kontrollieläimiin. Tämän lisäksi havaittiin, että bepridil esti seladiini-1:n lähetti-RNA-tasojen laskun talamuksessa. Havainnot osoittavat, että bepridil voi vaikuttaa rottien aivojen beeta-amyloidi- ja kalsiumpatologiaan. Lisäksi seladiini‑1:n ilmentymistasojen todettiin heijastelevan hermosolujen selviytymistä tilanteessa, jossa nähdään Alzheimerin taudille tyypillisiä patologisia muutoksia.

Väitöskirjassa tutkitut geenit sekä Alzheimerin taudin patogeneesin molekyyli- ja solutason mekanismit tarjoavat kohteita uusien biomarkkereiden kehittämiseen Alzheimerin taudin riskikartoituksessa ja varhaisessa diagnostiikassa hyödynnettäviksi. Lisäksi tulokset voivat edesauttaa uusien Alzheimerin taudin hoitomuotojen kehittämistä.Tämän väitöstutkimuksen valossa potilaiden geneettisen profiilin tunteminen on ensiarvoisen tärkeää arvioitaessa erilaisten hoitomuotojen vaikutuksia.

Proviisori (M.Sc. Pharm.) Timo Sarajärven väitöskirja Alzheimer’s Disease-Related Genes and Pathways – Special Emphasis on Seladin-1, δ-Opioid Receptor and BACE1 (Alzheimerin tautiin liittyvien geenien kartoitus ja funktionaalinen tutkimus – Erityispaino seladiini‑1-proteiinissa, δ-opioidireseptorissa, sekä BACE1-proteaasissa) tarkastetaan Itä-Suomen yliopiston terveystieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä on apulaisprofessori Aleister Saunders Drexelin yliopistosta Yhdysvalloista ja kustoksena dosentti Mikko Hiltunen Itä-Suomen yliopistosta.

Väittelijän painokelpoinen kuva on osoitteessa http://www.uef.fi/vaitoskuvat

Lisätietoja: Timo Sarajärvi, 040-3552518, e-mail: timo.sarajarvi@uef.fi Alzheimer's disease -related genes and pathways : special emphasis on seladin-1, [delta]opioid receptor 1 and BACE1 Sarajärvi, Timo Itä-Suomen yliopisto,2011 Publications of the University of Eastern Finland. Dissertations in Health Sciences.,86 (pdf, 1.44 MB) 8.12.2011

© Itä-Suomen yliopisto Palaute