Väitös 9.8. Verkkokalvon pigmenttiepiteelisolujen proteiinitasapainon häiriöt ovat keskeisessä roolissa silmänpohjan ikärappeumassa
Väitös molekulaarisen lääketieteen ja silmätautien alalta
Väittelijä: FM Johanna Viiri
Väitösaika ja -paikka: 9.8.2019 klo 12, Canthia CA100, Kuopion kampus
Filosofian maisteri Johanna Viirin väitöstutkimus osoitti, että solunsisäiset proteiinikertymät sekä niiden muodostumiseen ja hajoamiseen vaikuttavat molekulaariset mekanismit ovat merkittävässä roolissa silmänpohjan ikärappeuman synnyssä. Tutkimuksessa selvitettiin näiden mekanismien toimintaa silmänpohjan ikärappeuman eri tutkimusmalleissa.
Silmänpohjan ikärappeuma on yleisin näkövammaisuuden syy teollistuneissa maissa ja sen esiintyvyys kasvaa ikääntyvässä väestössä kaiken aikaa. Sairaus luokitellaan kosteaan ja kuivaan muotoon. Valtaosa eli noin 80 prosenttia tautitapauksista on kuivaa muotoa, johon ei ole lainkaan hoitoja. Kosteaa muotoa sen sijaan voidaan hoitaa lasiaiseen annosteltavilla lääkeaineilla. Kyseessä on etenevä ja rappeuttava silmäsairaus, jonka patologisia molekyylitason mekanismeja ei vielä tunneta riittävän hyvin.
Verkkokalvon pigmenttiepiteelisolut (RPE) toimivat eräänlaisina näköaistinsolujen huoltosoluina. RPE-solujen rappeutuminen ja solukuolema vaurioittavat verkkokalvoa, mikä johtaa lopulta näön menetykseen. Tällä hetkellä tiedetään, että krooninen hapetusstressi ja tulehdus liittyvät vahvasti silmänpohjan ikärappeuman kehittymiseen. Lisäksi solunsisäisen lipidi- ja proteiinikertymän eli lipofuskiinin kasautuminen RPE-soluihin sekä solunulkoiset drusen-kertymät ennustavat sairauden etenemistä ja vakavuutta. Lipofuskiinin ja drusenien kertyminen viittaa proteiinitasapainotilan häiriöön RPE-soluissa, mikä mahdollisesti liittyy myös silmänpohjan ikärappeuman kehittymiseen.
Proteiinitasapainotila eli proteostaasia käsittää useita solunsisäisiä mekanismeja, jotka toimivat yhteistyössä säädellen proteiinien synteesiä, muokkausta, kuljettamista ja hajottamista. Erityisesti proteiineja toimivaan muotoon muokkaavat lämpöshokkiproteiinit (HSP) sekä solun proteiinien hajotusmekanismit, proteasomit ja autofagia, ovat välttämättömiä eukaryoottisolun proteiinien laadunvalvonnassa ja etenkin proteiinien kertymisen estämisessä. Näiden solunsisäisten mekanismien toimintahäiriöiden seuraukset voivat olla kohtalokkaita erityisesti jakaantumattomissa RPE-soluissa.
Väitöstutkimuksessa selvitettiin proteiinikertymien muodostumiseen ja hajottamiseen liittyviä molekyylimekanismeja ihmisen RPE-solulinjalla (ARPE-19), poistogeenisillä hiirillä (NRF-2/PGC-1α) ja kuivaa silmänpohjan ikärappeumaa sairastaneiden luovuttajien näytteillä. Erityisesti proteiinien HSP70 ja SQSTM1/p62 rooleja tutkittiin proteiinikertymien synty- ja hajotusmekanismeissa RPE-soluissa. HSP70:n tiedetään estävän proteiinien kertymistä stressiolosuhteissa muokkaamalla viallisia proteiineja niiden toiminnalliseen muotoonsa. SQSTM1/p62 on puolestaan yhdistetty solun sekä proteasomaaliseen että autofagosomaaliseen puhdistukseen.
Tutkimuksen mukaan proteasomien toimintahäiriön aiheuttamat proteiinikertymät ohjattiin autofagosomaaliseen hajotukseen RPE-soluissa. Autofagia osoittautui keskeiseksi mekanismiksi RPE-solujen haitallisten proteiinien poistamisessa. Sekä HSP70 että SQSTM1/p62 suojasivat tehokkaasti, mutta eri tavoin, RPE-soluja stressin aiheuttamalta vauriolta. SQSTM1/p62-proteiinin todettiin hajoavan autofagian kautta, mutta ikärappeumapotilaiden silmänäytteissä se kasaantui keskeiselle rappeuma-alueelle, mikä viittaa heikentyneeseen autofagosomaaliseen puhdistukseen. Lisäksi tutkimus osoitti ensimmäistä kertaa, että SQSTM1/p62-proteiiinia säädellään post-transkriptionaalisesti ELAVL1/HuR proteiinin toimesta. ELAVL1/HuR proteiinin on aiemmin todettu osallistuvan erilaisiin fysiologis-patologisiin prosesseihin, joissa hapettumisella ja stressillä on ensisijainen rooli.
Tutkimuksessa esiteltiin myös poistogeeninen (NRF-2/PGC-1α) hiirimalli, jossa havaittiin kuivaan ikärappeumaan sopivat löydökset kuten mitokondriovaurio, solunsisäiset ja -ulkoiset proteiinikertymät ja tulehdussolujen ilmaantuminen. Väitöskirjan tutkimukset kaikissa kolmessa mallissa osoittavat, että autofagia on RPE-soluja suojaava mekanismi, joka mahdollisesti ylikuormittuu ja lopulta heikkenee iän ja ikärappeuman kehittymisen myötä. Havainnot tuovat uutta tietoa RPE-solujen proteostasiaan liittyvistä eri mekanismeista ja proteiineista. Löydökset parantavat mahdollisuuksia uusien hoitomuotojen kehittämiseen kuivaan ikärappeumaan.
Filosofian maisteri Johanna Viirin väitöskirja Proteostasis in retinal pigment epithelial cells: Relevance to age-related macular degeneration (Proteostasia verkkokalvon pigmenttiepiteelisoluissa: Merkitys silmänpohjan ikärappeumassa) tarkastetaan Itä-Suomen yliopiston terveystieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä toimii apulaisprofessori Timo Myöhänen Helsingin yliopistosta ja kustoksena professori Kai Kaarniranta Itä-Suomen yliopistosta.
Johanna Viiri on syntynyt Göteborgissa vuonna 1982 ja kirjoittanut ylioppilaaksi Kuopiossa vuonna 2001 Minna Canthin lukiosta. Hän on valmistunut filosofian maisteriksi Kuopion yliopistosta vuonna 2007 ja farmaseutiksi Itä-Suomen yliopistosta vuonna 2012.
Väittelijän painolaatuinen kuva on osoitteessa https://www.uef.fi/documents/10184/2088863/Johanna+Viiri+painolaatuinen+kuva/b7509732-3e72-4c4b-8489-5d529145232a?t=1563960867559
Lisätietoja: Johanna Viiri, p. 044 289 1122, johanna.viiri@uef.fi