LL Leo Syrjäsen anatomian alaan kuuluva väitöskirja

Protozoan and Metazoan Carbonic Anhydrases - Potential target enzymes for anti-parasitic drug development (Alkueläinten ja eläinten hiilihappoanhydraasit - Mahdollisia kohde-entsyymejä loislääkekehitykseen)

tarkastetaan 6.11.2015 klo 12 Pirkanmaan sairaanhoitopiirin M-rakennuksen pienessä luentosalissa, Teiskontie 35, Tampere.

Vastaväittäjänä on professori Kalervo Väänänen (Turun yliopisto). Kustoksena toimii professori Seppo Parkkila.

Alkueläinten ja eläinten hiilihappoanhydraasit

- Mahdollisia kohde-entsyymejä loislääkekehitykseen


Hiilihappoanhydraasit (carbonic anhydrase, CA) ovat entsyymejä, jotka katalysoivat käänteistä veden ja hiilidioksidin muuttumista bikarbonaatiksi ja protoniksi. Nämä entsyymit osallistuvat eliöissä muun muassa happo-emästasapainon säätelyyn, erilaisiin biosynteettisiin prosesseihin sekä hiilidioksidin ja bikarbonaatin kuljetukseen. Reaktion yleisluontoisuudesta johtuen nämä entsyymit esiintyvät laajalti luonnossa. Hiilihappoanhydraasit jaotellaan kuuteen luokkaan: α, β, γ, δ, ζ ja η. ζ-luokkaa löytyy vain meren piilevistä, δ-luokkaa piilevistä ja meren kasviplanktoneista. α-, β- ja γ-CA:t sen sijaan ovat laajalti levinneitä eri lajeihin. Aiemmin on ajateltu, että α-CA:t ovat laajimmin levinnyt CA-luokka. Näitä entsyymeitä on myös tutkittu eniten johtuen ainakin osittain siitä syystä, että kaikki ihmisen CA:t ovat α-luokkaa. Hiljattain löydetty kuudes CA-entsyymiperhe, η-CA:t, näyttää esiintyvän malariaa aiheuttavissa Plasmodium -suvun parasiiteissa.

Tämän väitöskirjatutkimuksen keskeisimpänä tarkoituksena oli selvittää β-CA -entsyymien ilmentymistä ja merkitystä eläimissä (Animalia, Metazoa), tarkemmin määriteltynä selkärangattomissa eläimissä. Pääasiallisena mallieläimenä tutkimuksissa käytettiin banaanikärpästä (Drosophila melanogaster), joka on laajalti käytetty malliorganismi. Banaanikärpäsen β-CA entsyymi tuotettiin ja sen solunsisäinen sijainti selvitettiin hyönteissoluissa. Lisäksi määritettiin entsyymin katalyyttiset ominaisuudet. β-CA -entsyymin merkityksen selvittämiseksi entsyymiä koodaava geeni hiljennettiin, ja selvitettiin tämän vaikutusta banaanikärpäsessä. Väitöskirjatyössä karakterisoitiin myös kaksi banaanikärpäsen α-CA:ta. Banaanikärpäsen β-CA:n lisäksi karakterisoitiin leishmaniaasia aiheuttavan yksisoluisen Leishmania -alkueläimen (alkueläimet, Protozoa) β-CA, ja tutkittiin CA-entsyymin estäjien (inhibiittoreiden) vaikutusta eläviin Leishmania parasiitteihin.

Tutkimuksissa selvisi, että todennäköisesti kaikista selkärangattomista eläimistä löytyy ainakin yksi β-CA. Entsyymin esiintyminen selkäjänteisissä on epäselvää. Tulosten perusteella β-CA entsyymiä koodaava geeni on muuttunut inaktiiviseksi ja hävinnyt evoluution aikana ennen selkärankaisten kehittymistä. Tutkimuksissa selvisi, että banaanikärpäsen β-CA on korkean aktiivisuuden omaava mitokondriaalinen, dimeerinen entsyymi. Sitä koodaavan geenin hiljentyminen ei vaikuta banaanikärpäsen elinkykyyn, mutta aiheuttaa naaraissa täydellisen hedelmättömyyden. Näin ollen entsyymi on oleellinen banaanikärpäsen lisääntymisen kannalta. Ongelma liittynee ainakin osittain ns. border solujen hidastuneeseen vaeltamiseen eli migraatioon. Koska entsyymi on mitokondriaalinen, testattiin myös geenin hiljennyksen vaikutusta mitokondrioiden hengitysketjun toimintaan. Näissä kokeissa ei kuitenkaan havaittu tilastollisesti merkitsevää eroa verrattuna tavallisiin mitokondrioihin. β-CA:n merkitystä korostaa lisäksi se, että Leishmania -parasiiteille tehdyissä kokeissa tietyillä β-CA inhibiittoreilla saatiin aikaan merkittävä väheneminen parasiittien kasvussa ja eräällä tioli-yhdisteellä lisäksi palautumattomia eliön kuolemaan johtavia solunsisäisiä muutoksia. Kaikkien entsyymien kohdalla tehtiin katalyyttiset määritykset ja testattiin useita erilaisia inhibiittoreita entsyymejä vastaan. Kaikilla entsyymeillä oli korkea katalyyttinen aktiivisuus ja niiden inhibitioprofiili poikkesi selvästi ihmisen entsyymeistä.

Yhteenvetona voidaan todeta, että β-CA:t näyttävät olevan selkärangattomille eläimille ja alkueläimille tärkeitä entsyymejä. Näitä vastaan kehitetyillä inhibiittoreilla voitaisiin muun muassa rajoittaa erilaisten trooppisten tautien leviämistä ja mahdollisesti myös parantaa erilaisia, lähinnä parasiittien aiheuttamia tauteja. Inhibiittoreiden mahdollisuudet eivät rajoitu pelkästään ihmislääketieteeseen, vaan sovelluskohteita löytyy myös mm. eläinlääketieteen ja kasvinsuojelun aloilta.

                                               ******

Leo Syrjänen on suorittanut lääketieteen lisensiaatin tutkinnon Tampereen yliopistossa.

Syrjäsen väitöskirja ilmestyy sarjassa Acta Universitatis Tamperensis; 2103, Tampere University Press, Tampere 2015. ISBN 978-951-44-9932-6, ISSN 1455-1616. Väitöskirja ilmestyy myös sähköisenä sarjassa Acta Electronica Universitatis Tamperensis; 1597, Tampere University Press 2015. ISBN 978-951-44-9933-3, ISSN 1456-954X.
http://tampub.uta.fi.

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

Lisätietoja: Leo Syrjänen, syrjanen.leo.s@student.uta.fi