FM, LK Kia Kemppaisen molekyylibiologian alaan kuuluva väitöskirja

Complementation of Cytochrome c Oxidase Deficiency by Transgenic Expression of the Alternative Oxidase in Drosophila (Sytokromi c oxidaasin vajaatoiminnan komplementaatio siirtogeenisen AOX-entsyymin avulla)

tarkastetaan 29.5.2015 klo 12 Tampereen yliopiston Finn-Medi 5:n auditoriossa, Biokatu 12, Tampere.

Vastaväittäjänä on Dr. Ann Saada (Hebrew University of Jerusalem, Israel). Kustoksena toimii professori Howard Jacobs.

Sytokromi c oxidaasin vajaatoiminnan komplementaatio

siirtogeenisen AOX-entsyymin avulla


Mitokondriot ovat soluorganelleja, joilla on useita elintärkeitä tehtäviä. Näistä tärkeimpänä voidaan pitää solujen tarvitseman energian (ATP) tuottoa oksidatiivisen fosforylaation eli soluhengityksen avulla. Mitokondriosairauksiksi kutsutaan suurta joukkoa erilaisia perinnöllisiä sairauksia, joissa mitokondrioiden toiminta on häiriintynyt. Solujen energia-aineenvaihdunnan häiriintyminen johtaa oireisiin erityisesti runsaasti ATP:a tarvitsevissa kudoksissa, kuten lihaksissa, sydämessä, aivoissa, ja maksassa. Vakavimmillaan oireet voivat puhjeta heti syntymän jälkeen, johtaen varhaiseen kuolemaan, kun taas toisissa sairauksissa oireet voivat ilmetä vasta aikuisiällä. Mitokondriosairauksien kliininen kuva on hyvin monimuotoinen, eikä parantavaa hoitoa ole toistaiseksi olemassa. Harvinaisten perinnöllisten sairauksien lisäksi mitokondrioiden toimintahäiriöitä pidetään nykyisin monien ikääntymiseen liittyvien rappeumasairauksien sekä muiden yleisten sairauksien patogeneesin yhtenä osatekijänä.

Sytokromi c oksidaasi (COX) on mitokondriaalisen hengitysketjun neljäs kompleksi, jonka tehtävänä on siirtää ravintoaineiden hapetuksessa muodostuneet, hengitysketjuun kuljetetut elektronit hapelle. Samalla COX-entsyymin toiminta edistää ATP:n tuottoon tarvittavan elektrokemiallisen gradientin muodostumista. COX on useasta alayksiköstä koostuva proteiinikompleksi. Näitä alayksikköjä koodaavat geenit sijaitsevat osin mitokondrion omassa perimäaineksessa (mtDNA) ja osin tuman DNA:ssa. COX:n vajaatoiminta on yksi yleisimmistä ja oireiltaan vakavimmista mitokondriotautien muodoista. Se voi aiheutua geenivirheestä missä tahansa kompleksin alayksikköä tai sen biosynteesiin tarvittavaa tekijää koodaavassa geenissä. Tässä työssä käytettiin malliorganismina banaanikärpästä (Drosophila melanogaster), jossa COX:n vajaatoiminta saatiin aikaan mm. hiljentämällä COX:n toimintaan vaikuttavia geenejä RNA-inteferenssin avulla.

Useilla alemmilla eukaryooteilla, kuten myös joillain eläinlajeilla, on vaihtoehtoinen, ATP:a tuottamaton mitokondriaalinen hengitysketju. Nisäkkäiden ja muiden kehittyneempien eliöiden perimästä vaihtoehtoisen hengitysketjun entsyymejä koodaavat geenit ovat kuitenkin evoluution myötä hävinneet. Näihin vaihtoehtoisiin entsyymeihin kuuluva AOX (alternative oxidase) siirtää elektroneja hapelle ohittaen kompleksit III ja IV niiden ollessa viallisia tai inhiboituja. Muodostamalla vaihtoehtoisen reitin elektronien siirrolle AOX:n toiminta mahdollistaa hengitysketjun sekä siihen linkittyvien aineenvaihduntareittien toiminnan ja korjaa ketjun hapetus-pelkistys tasapainoa ehkäisten siten haitallisten vapaiden happiradikaalien tuottoa.

Väitöskirjatyöni tarkoituksena oli tutkia siirtogeenisen AOX:n kykyä toimia molekyylitason ohitusreittinä COX:n toimintahäiriöissä ja korjata entsyymin vajaatoiminnasta johtuvia oireita. Työssä tuotettiin siirtogeeninen kärpäsmalli, joka ilmentää Ciona intestinalis -vaippaeläimeltä peräisin olevaa AOX-geeniä. AOX:n ekspression ei todettu vaikuttavan haitallisesti kärpäsen kehitykseen tai fysiologiaan. Sen sijaan siirtogeeniset kärpäset olivat resistenttejä hengitysketjun salpaajille, kuten syanidille. Kärpäsen COX-entsyymiin tarvittavien geenien hiljentämisen vaikutuksia tutkittiin kärpäsen eri kehitysvaiheissa sekä koko kärpäsessä että sen yksittäisissä kudoksissa, lihaksessa ja hermostossa. Ekspressoimalla AOX:a kärpäsissä, joiden COX-aktiivisuus on alentunut, voitiin osoittaa AOX:n kyky kompensoida laajasti COX:n vajaatoiminnan aiheuttamia oireita. AOX:n ekspressio mahdollisti muutoin letaalista COX:n vajaatoiminnasta kärsivien kärpästen kehittymisen ja paransi niiden patologista ilmiasua merkittävästi antaen viitteitä AOX:n potentiaalista tulevaisuuden terapeuttisena strategiana COX:n toimintahäiriöön liittyvien sairauksien hoidossa.

                                               ******

Kia Kemppainen on syntynyt Laitilassa ja hän on suorittanut filosofian maisterin ja lääketieteen kandidaatin tutkinnot Tampereen yliopistossa. Vuodesta 2006 lähtien hän on toiminut tutkijana Tampereen Yliopiston BioMediTechissä.

Kemppaisen väitöskirja ilmestyy sarjassa Acta Universitatis Tamperensis; 2057, Tampere University Press, Tampere 2015. ISBN 978-951-44-9806-0, ISSN 1455-1616. Väitöskirja ilmestyy myös sähköisenä sarjassa Acta Electronica Universitatis Tamperensis; 1549, Tampere University Press 2015. ISBN 978-951-44-9807-7, ISSN 1456-954X.
http://tampub.uta.fi.

Väitöskirjan tilausosoite: Verkkokirjakauppa: https://verkkokauppa.juvenes.fi, tai e-mail: verkkokauppa@juvenesprint.fi.

Lisätietoja
: Kia Kemppainen, kia.kemppainen@uta.fi