genomi

Proteiinit kielioppina

Kaikissa ihmiskehon soluissa on lähes identtinen genomi, mutta erityyppiset solut ilmentävät eri geenejä. Kullakin geenillä on kontrollialue, joka sisältää ohjeet siitä, milloin ja missä geeniä ilmennetään. 

Tätä säätelykoodia lukevat transkriptiotekijöiksi kutsutut proteiinit, jotka sitoutuvat tiettyihin ’DNA-sanoihin’ ja joko nostavat tai laskevat kohdegeenin ilmentymistä.

Professori Jussi Taipaleen (otsikkokuvassa toinen oikealta) Karoliinisessa instituutissa Ruotsissa vetämä tutkijatyhmä on tunnistanut jo aikaisemmin useimmat yksittäisten transkriptiotekijöiden tunnistamat DNA-sanat. Puhuttujen kielten tapaan DNA-sanojakin voidaan liittää yhdyssanoiksi, joiden lukemiseen tarvitaan useita transkriptiotekijöitä. 

Lukemiseen käytettävää mekanismia ei kuitenkaan ole aikaisemmin tutkittu. Niinpä Taipaleen ryhmä kartoitti nyt systemaattisesti transkriptiotekijöiden parien sitoutumista DNA-yhdyssanoihin.

Kartoitus paljastaa, että geneettinen koodi on paljon monimutkaisempi kuin mikään ihmisen käyttämä kieli. Kahta sanaa ei yhdistetä vain poistamalla välilyönti, vaan yhdyssanaan liitetyt sanat muuttuvat muodostaen suuren joukon täysin uusia sanoja. 

"Tutkimuksemme tunnisti monia tällaisia sanoja, ja lisää ymmärrystä siitä kuinka geenejä säädellään normaalissa yksilönkehityksessä ja syövässä", sanoo ryhmässä mukana oleva tohtoriopiskelija Arttu Jolma (kuvassa toinen vasemmalta).

Mukana tutkimuksessa tiiviisti olleen Helsingin yliopistossa toimivan Suomen Akatemian Syöpägenetiikan huippuyksikön (missä Taipale on myös mukana) tutkijat osallistuivat tutkimuksen laskennalliseen osaan, jossa vertailtiin uusien DNA-yhdyssanojen esiintymistä ihmisen ja muiden lajien genomeissa. Tavoitteena on hyödyntää tietoa ihmisten geneettisen syöpäalttiuden ymmärtämisessä, koska mutaatio tärkeässä DNA-sanassa voi aktivoida syövälle hyödyllisen tai hiljentää syövältä suojaavan geenin. 

Huippuyksikön tutkijat ovat jo aikaisemmin selittäneet, kuinka yhden kirjaimen ero yli kolmen sadan tuhannen merkin päässä syövälle tärkeästä MYC-geenistä sijaitsevassa DNA-sanassa vaikuttaa paksusuolisyövän riskiin. Yhdyssanojen ymmärtäminen mahdollistaa entistä useampien erojen tulkintaa.

Otsikkokuvassa on Jussi Taipaleen tutkimusryhmä Karoliinisessa instituutissa. Kuvassa ovat Taipaleen (toinen oikealta) ja Arttu Jolman (toinen vasemmalta) lisäksi vasemmalla Jekaterina Morgunova ja oikealla Yimeng Yin, Kuva: Ulf Sirborn / Karolinska Institutet

Julkaisu: DNA-dependent formation of transcription factor pairs alters their binding specificity. Jolma A, Yin Y, Nitta KR, Dave K, Popov A, Taipale M, Enge M, Kivioja T, Morgunova E and Taipale J., Nature 9 November 2015, dos: 10.1038/nature15518.

Teksti perustuu Helsingin yliopiston ja Karoliinisen instituutin tiedotteisiin.

"Kuten huomaat, olemme tästä erittäin innostuneita", kertovat lähes yhteen ääneen Turun yliopiston professori Olli Carpén ja dosentti Heli Salminen-Mankonen. Turun yliopisto sekä Varsinais-Suomen, Satakunnan ja Vaasan sairaanhoitopiirit ovat Auria Biopankin taustalla olevat tahot.

Biopankin näytevarasto koostuu aluksi lähes sadan vuoden ajalta Turussa, Porissa ja Vaasassa potilailta otetuista kudosnäytteistä. Viimeisen 20 vuoden ajalta tiedot ovat valmiiksi elektronisessa muodossa: 400 000 näytettä 200 000 potilaalta. Arkiston kudosnäytteet on valettu parafiiniblokkeihin, joissa esimerkiksi näytteiden DNA säilyy vähintään vuosisadan.

Uuden biopankkilain myötä tätä kansallisaarretta on syksystä alkaen mahdollista hyödyntää lääketieteellisessä tutkimuksessa ilman raskasta byrokratiaa.

"Biopankki pystyy tarjoamaan ison määrän näytteitä yhdistettynä merkitykselliseen tietoon potilaiden taudin kulusta", toteaa patologian professori Carpén.

Tutkija pystyy löytämään biopankista hetkessä vaikkapa tietyn tyyppiset syöpänäytteet. Hän saattaa esimerkiksi analysoida näytteiden DNA-mutaatiot ja lisätä tutkimuksensa tulokset pankkiin.

"Biopankin tietokanta tulee vahvistumaan jatkuvasti. Ideana on, että esimerkiksi näytteiden tutkimuksista tehty raakadata tuodaan biopankkiin, mikä tekee pankin tarjoaman tiedon koko ajan arvokkaammaksi", jatkaa Salminen-Mankonen.

Biopankki saattaa nostaa Suomen houkuttelevaksi tutkimuskohteeksi

Suuria näytearkistoja on muuallakin maailmassa, mutta nyt perustettu biopankki on kuitenkin täysin ainutlaatuinen ympäristö. Carpén luettelee siihen lukuisia syitä. "Ensinnäkin Suomessa on vahva julkinen terveydenhuolto, jossa kaikki toimivat samassa ympäristössä. Joissain maissa esimerkiksi diagnostiikka ja potilashoito tehdään eri yrityksissä, jolloin tämän kaltainen biopankki ei ole mahdollinen. Toiseksi monissa maissa ei ole sosiaaliturvatunnusta, jolloin tietojen kokoaminen yhteen on vaikeaa."

Kolmanneksi Carpén mainitsee lainsäädännön.

"Monissa maissa laki tekee näytteiden tietojen yhdistämisen ja hyödyntämisen erittäin hankalaksi tai mahdottomaksi. Neljänneksi, monissa maissa ihmiset eivät ole yhtä valveutuneita biopankkitoiminnan hyödyllisyydestä eivätkä halua luovuttaa näytteitä tutkimuskäyttöön."

"Viimeisimmän Eurobarometrin mukaan 98 % suomalaisista on valmiita antamaan kudosnäytteitään tutkimuskäyttöön biopankin kautta", lisää Salminen-Mankonen.

Biopankki voi nostaa Suomen kiinnostavaksi maaksi lääketieteen tutkimuksessa. Pankin toivotaan houkuttelevan suuria lääketieteen toimijoita Suomeen tekemään kokeita uusimmilla lääkkeillä.

"Tässä on mahdollisuudet saada paikallisesti ja valtakunnallisesti merkittävää uutta liiketoimintaa ja tutkimusaktiviteettia", selittää Carpén. "Ja mikä tärkeintä, sen myötä hyötyvät sairaanhoitopiiriemme potilaat."

Biopankista on erityisesti hyötyä uusien diagnostisten menetelmien kehittelyssä.

Näytteet säilytetään pankissa anonyymisti

Kudosnäytteiden lukumäärä biopankissa tulee kasvamaan jatkuvasti. Uuden lain myötä potilailta tullaan kysymään lupa kudosnäytteiden tutkimuskäyttöön biopankin kautta.

Biopankissa potilaiden henkilötiedot pysyvät turvassa, sillä näytteet ovat pankissa anonyymisti. Tutkijat eivät tiedä keneltä mikäkin näyte on otettu. Vain poikkeustilanteissa biopankin johtaja voi purkaa henkilötietojen salauksen.

"Jos vaikkapa tiettyyn sairauteen on saatavilla uusi lääke, johtaja voi purkaa salauksen", jatkaa Carpén edelleen. "Näin saadaan tietää ketkä potilaat saattaisivat hyötyä lääkkeestä. Biopankki voi siis toimia joidenkin potilaiden henkivakuutuksena."

Lain mukaan ihmisillä on myös oikeus tietää, mihin tutkimuksiin heidän näytteitään on käytetty. Henkilön pyynnöstä biopankin johtaja voi henkilötietosalauksen avaamalla kertoa ne tutkimukset, joissa tietyn henkilön kudosnäyte on ollut mukana. Yksilöityä tutkimustietoa näytteestä ei kuitenkaan ole mahdollista antaa.

Teksti perustuu Turun yliopiston tiedotteeseen.