Julkaistu 6.7.2023
Teksti: Jere Weltner
Kuva: iStock
Toimitustyö: Viestintätoimisto Jokiranta Oy

 

Ihmisen varhaisalkion kehitys on kiehtova prosessi. Sen aikana alkio kehittyy yksisoluisesta hedelmöittyneestä munasolusta eli zygootista kohdun seinämään kiinnittyväksi monisoluiseksi soluryppääksi eli blastokystiksi. Tätä prosessia ohjaa kellokoneiston tavoin toimiva geenisäätelyverkosto, jossa eri geeninsäätelytekijöiden perättäinen aktivaatio johtaa eri solutyyppien muodostumiseen.

Varhaisalkion kehitys on tunnettu jo pitkään morfologisesti eli anatomian muodonmuutosten näkökulmasta. Kuitenkin vasta yksittäisten solujen sekvensointimenetelmien kehityksen myötä on tullut mahdolliseksi ymmärtää paremmin geenien ilmenemisen muutoksia varhaisalkiossa. Ongelmaksi muodostuu kuitenkin geenien ilmenemistasojen muutosten yhdistäminen varhaisalkion solujen ilmiasun eli fenotyypin muutoksiin. Muutosten vaikutuksista on tarpeen tietää enemmän, jotta varhaisen alkionkehityksen molekulaarisia mekanismeja voitaisiin ymmärtää kunnolla.

 

Geenien toiminnan manipulointi ongelmallista

Geenien toimintaa on voitava manipuloida oikeassa biologisessa kontekstissa, jotta geenien ilmenemisen muutokset voitaisiin yhdistää solujen ilmiasun muutoksiin. Manipulointi on kuitenkin ongelmallista, kun tutkimuskohteena on ihmisen varhaisalkion geenien toiminta. Varhaisalkioiden solumäärät, tutkimusnäytteiden saatavuus sekä eettiset tekijät rajoittavat sitä, minkälaisia kokeita alkioilla voidaan tehdä – yksi korvaava vaihtoehto on varhaisalkion geenien toiminnan mallintaminen kantasolumalleissa.

Laboratoriossa viljeltävistä kantasolumalleista lähimpänä varhaisalkion soluja ovat pluripotentit eli erittäin monikykyiset kantasolut. Pluripotentteja kantasoluja voidaan johtaa joko kasvattamalla soluja varhaisalkion sisäsolumassan soluista tai ohjelmoimalla erilaistuneita aikuisen soluja alkion soluja vastaaviksi indusoiduiksi pluripotenteiksi kantasoluiksi.

Indusoituja pluripotentteja kantasoluja voidaan tuottaa yli-ilmentämällä tiettyjä varhaisalkion geeninsäätelytekijöitä erilaistuneissa soluissa, esimerkiksi ihon tai veren soluissa. Tätä prosessia kutsutaan solun uudelleenohjelmoinniksi. Pyrimme tässä tutkimusprojektissamme hyödyntämään solun uudelleenohjelmoinnin periaatteita mallintaaksemme varhaisalkion geenien toimintaa viljellyissä pluripotenteissa kantasoluissa.

 

Solumallinnus mahdollista ilman alkiota

Ensimmäinen varhaisalkion soluista erilaistuva solutyyppi on trofektodermi, joka muodostaa alkion ulkosolukerroksen. Trofektodermin solut muodostavat alkion kasvua tukevia kudoksia ja esimerkiksi myöhemmässä vaiheessa alkion istukan. Pluripotentit kantasolut eivät kuitenkaan ensisijaisesti tuota alkion ulkopuolisten kudosten, kuten istukan, solukkoa. Tämä luo mahdollisuuden tutkia varhaisalkion geenien toimintaa ohjelmoimalla pluripotentteja kantasoluja alkion ulkopuolisten solujen suuntaan.

Alkion sekvensointitulosten perusteella olemme tunnistaneet joukon geenejä, joita aktivoimalla pluripotentteja kantasoluja voidaan ohjelmoida tehokkaasti alkion trofektodermin solukkoa muistuttaviksi soluiksi. Tämä solumalli mahdollistaa alkion ensimmäisten solujen erilaistumisen mallintamisen maljalla kasvatetuissa solulinjoissa ilman, että tutkimukseen tarvitsee käyttää varsinaisia alkioita. Sen avulla voimme mallintaa myös uusien, toiminnaltaan tuntemattomien varhaisalkion geeninsäätelytekijöiden vaikutusta alkuvaiheen kudosten erilaistumiseen.

Tutkimuksemme päämääränä on ymmärtää paremmin ihmisen varhaisalkion kehityksen molekyyligeneettisiä mekanismeja. Aikaansaamamme solumallin avulla voimme mahdollisesti tulevaisuudessa tuottaa parempia malleja myös istukan solujen mallintamiseksi. Näin voitaisiin edistää esimerkiksi istukan toimintaan vaikuttavien komplikaatioiden, kuten raskausmyrkytyksen, tutkimusta.

 

 

 

 

 

FT Jere Weltner on väitellyt Helsingin yliopistosta vuonna 2018. Hänen väitöstutkimuksensa käsitteli somaattisten solujen uudelleenohjelmointia pluripotenteiksi kantasoluiksi uusin menetelmin. Weltner työskentelee nykyään tutkijana Folkhälsanin tutkimuskeskuksessa sekä Helsingin yliopistolla.