Katja Kanninen soluneurobiologian professoriksi – Aivosairauksia voi tutkia nenän soluista

– Nenän hajuepiteelissä tapahtuu Alzheimerin taudin kehittyessä samanlaisia muutoksia kuin aivoissa, kertoo tuore soluneurobiologian professori Katja Kanninen.  Hänen tutkimusryhmänsä selvittää muun muassa ilmansaasteiden ja koronaviruksen yhteyttä tautiin.

Kanninen nimitettiin vuoden alussa Itä-Suomen yliopiston soluneurobiologian professoriksi. Soluneurobiologia on melko uusi tutkimusala, joka tarkastelee keskushermoston solujen toimintaa sekä terveissä kudoksissa että sairauksissa.

– Oma tutkimusryhmäni on kiinnostunut erityisesti siitä, millaiset solu- ja molekyylitason mekanismit Alzheimerin taudissa häiriintyvät ja miten erilaiset ympäristötekijät ja elintavat niihin vaikuttavat. Tutkimme esimerkiksi ilmansaasteiden, virusinfektioiden ja liikunnan merkitystä. Tärkeä tavoite on löytää keinoja ennakoida ja ehkä myös jarruttaa taudin kehittymistä.

Ainutlaatuinen hajuepiteelin solumalli kiinnostaa maailmalla

Kannisen tutkimusryhmä yliopiston A. I. Virtanen -instituutissa on kehittänyt tutkimusta varten ainutlaatuisen ihmisen hajuepiteelin solumallin. Nenäontelon yläosassa sijaitsevan hajuepiteelin hermosolut välittävät hajuaistimuksen aivoihin. – Hajuepiteeli on aivoterveyden kannalta kiinnostava kudos, koska se on yhteydessä sekä aivoihin että hengitysilman kautta ympäristöön. Onkin ajateltu, että ilman pienhiukkasilla ja viruksilla voisi olla sitä kautta pääsy aivoihin. Aihetta on tutkittu yllättävän vähän, mutta nyt kiinnostus on alkanut herätä ja meille tulee paljon yhteistyöpyyntöjä, Kanninen kertoo.

Aihepiirin ajankohtaisuudesta kertoo myös se, että ryhmä on saanut monille hankkeilleen merkittävää rahoitusta muun muassa EU:lta ja Suomen Akatemialta.

Tutkimuksessa hyödynnetään hajuepiteelinäytteitä, joita on saatu kognitiivisesti terveiltä henkilöiltä, sekä henkilöiltä, joilla on todettu Alzheimerin tauti. Näytteet on kerätty Kuopion yliopistollisessa sairaalassa.

– Ennestään on tiedetty, että hajuaistin muutos voi olla Alzheimerin taudin varhainen oire, mutta syytä ei vielä tiedetä. Oma tutkimuksemme on osoittanut, että Alzheimerin tautiin liittyy monia muutoksia hajuepiteelissä.

Kannisen ryhmä on havainnut Alzheimerin tautia sairastavien henkilöiden hajuepiteelin soluissa samansuuntaisia muutoksia kuin potilaiden aivoissa. – Heidän hajuepiteeliltään löytyy esimerkiksi samaa haitallista beeta-amyloidiproteiinia, jota taudissa kertyy aivoihin. Tautiin liittyy myös metallien, kuten kuparin ja sinkin kertymistä aivoihin, ja vastaavaa olemme todenneet hajuepiteelillä.

– Nämä samanlaisuudet kertovat, että hajuepiteelin solumalli todella kuvastaa taudin kehittymistä ja se voisi olla hyödyllinen myös esimerkiksi uusien lääkeaineiden testaamisessa, ehkä jopa varhaisessa diagnostiikassa.

Ilmansaasteille altistumisen on esitetty lisäävän Alzheimerin taudin riskiä. Kannisen ryhmän tutkimuksissa ilman pienhiukkasille altistuminen heikensi hajuepiteelin solujen aineenvaihduntaa häiritsemällä energiantuotannosta vastaavien soluelinten, mitokondrioiden toimintaa. – Jatkossa selvitämme, voisiko joillakin lääkeaineilla vahvistaa mitokondrioiden toimintaa ja vähentää siten altistumisen haittoja.

Ilman epäpuhtauksista kaikkein pienimmät nanohiukkaset ovat Kannisen mukaan sekä hajuepiteelin että aivojen muutosten kannalta kiinnostavimpia, koska ne saattavat päästä suurempia hiukkasia helpommin soluihin ja jopa aivoihin asti. – Tässä tutkimuksessa monitieteellinen yhteistyö on välttämätöntä. Meillä on yhteistyökumppaneita muun muassa yliopiston ympäristö- ja biotieteiden laitokselta, ja heiltä saamme myös ilmansaastenäytteitä solualtistuksia varten.

Koronaviruksesta ja nenän mikrobiomista uusia näkökulmia Alzheimerin tautiin

Kannisen ryhmä tutkii myös koronaviruksen vaikutusta hajuepiteeliin ja aivoihin. – Tarkastelemme, toimiiko hajuepiteeli virukselle reittinä aivoihin joko suoraan tai välillisesti siten, että viruksen aiheuttamat muutokset hajuepiteelillä vaikuttavat myös aivojen toimintaan.

–  Meitä kiinnostaa esimerkiksi, aiheuttaako virus hajuepiteelin toiminnassa muutoksia, joilla olisi yhteys koronataudin neurologisiin oireisiin, kuten päänsärkyyn, aivosumuun ja aivoverenkiertohäiriöihin.

Lisäksi ryhmä selvittää hajuepiteelimallilla, ovatko Alzheimerin tautia sairastavat herkempiä koronaviruksen haitoille esimerkiksi beeta-amyloidituotannon takia. – Tästä saadaan lähikuukausina ensimmäisiä tuloksia.

– Myöhemmin pystymme toivottavasti valottamaan, voiko koronatauti myötävaikuttaa Alzheimerin taudin kehittymiseen.

Uusi avaus tutkimuksessa liittyy nenän mikrobikannan eli mikrobiomin muutoksiin Alzheimerin taudissa. – Tiedetään, että esimerkiksi suun mikrobiomi voi aivosairauksissa muuttua, mutta nenän mikrobiomi ja sen vaikutus hajuepiteelin toimintaan on jäänyt vähemmälle huomiolle.

Liikunta vaikuttaa aivojen tukisoluihin

Liikunnan tiedetään voivan suojata dementialta. Kannisen ryhmä on selvittänyt liikunnan vaikutuksia solutasolla ja havainnut sen edistävän muun muassa aivojen tukisoluina toimivien astrosyyttien uusiutumista. – Eri tukisolujen merkitystä aivosairauksissa ja mahdollisina uusien hoitojen kohteina on viime vuosikymmenen aikana tutkittu yhä enemmän.

–  Oma tutkimuksemme osoitti hiljattain, että astrosyytit voivat tukea hermosolujen aineenvaihduntaa ottamalla niiltä vastaan mitokondrioita. Alzheimerin taudissa tämä prosessi oli kuitenkin häiriintynyt, hermosolut eivät pystyneet hyödyntämään astrosyyttien tukea ja voivat siten huonommin. Jatkossa tutkimme, mistä häiriö johtuu ja miten sitä voisi korjata.

Ryhmässä tehdään ympäristöaltisteisiin liittyvää tutkimusta myös mielenterveydestä. – Olemme mukana EU-hankkeessa, jossa selvitetään, miten erilaiset ympäristöaltisteet yhdessä vaikuttavat lasten ja nuorten mielenterveyden häiriöihin. Oma roolimme on etsiä verinäytteistä erilaisiin altistuksiin liittyviä, täysin uusiakin merkkiaineita, joista voitaisiin tunnistaa, keillä on riski saada mielenterveyden ongelmia.

Katja Kanninen

• Itä-Suomen yliopiston soluneurobiologian professori 1.1.2023–

• FM (Solubiologia), Jyväskylän yliopisto 2001
• FT (Neurobiologia), Kuopion yliopisto 2009
• Neurobiologian dosentti, Itä-Suomen yliopisto 2014

Tärkeimmät tehtävät

• Apulaisprofessori (Tenure track), Itä-Suomen yliopisto 2018–2022
• Tutkimusryhmän johtaja, Itä-Suomen yliopisto 2016–2018
• Post doc -tutkijan ja yliopistotutkijan tehtävät, Itä-Suomen yliopisto, jaksoja vuosina 2010 ja 2012–2016
• Post doc-tutkija, Melbournen yliopisto 2010–2012

Lisätietoja:

Professori Katja Kanninen, katja.kanninen(a)uef.fi, p. 046 921 0065

https://uefconnect.uef.fi/henkilo/katja.kanninen/

Soluneurobiologian tutkimusryhmä https://uefconnect.uef.fi/tutkimusryhma/soluneurobiologia/