Voiko vanhan kehon nuorentaa?

Vanhenemisesta puhuttaessa keskitytään yleensä ennaltaehkäisyyn tai hidastamiseen. Onko mitään enää tehtävissä sen jälkeen, kun keho on jo vanha ja toiminnaltaan sen mukainen? Ehkä vanheneminen ei olekaan yksisuuntainen tie, vaan on mahdollista kulkea toista kaistaa vastakkaiseen suuntaan.

Kun ikä alkaa painaa, olisiko mahdollista hypätä toiseen suuntaan kulkevaan bussiin? Kuva: Pixabay.

Ja vanhakin nyt nuortuu kuin lapsi leikkimään, ja koukkuselkä suortuu, niin kaikk’ on mielissään kertoo kansanlaulun sanoitus. Monelle vanhuuden vaivat ovat osa arkipäivää ja niistä eroon pääsy todella toivottavaa. Mitäpä jos pystyisimme tosiaan palauttamaan vanhan kehon nuoreksi? Kehon tai kudosten nuorentamista voidaan lähestyä monella eli tavalla, joista osa on jo osoittautunut lupaaviksi. Viimeaikaiset tutkimukset ovat nimittäin antaneet toiveita siitä, että ikääntyneiden kudosten toimintaa voitaisiin palauttaa. Tässä tekstissä nuoruutta etsitään proteiinien ristisidosten purkamisen, entsyymiterapian ja epigeneettisen uudelleenohjelmoinnin kautta.

Proteiinien ristisidosten purkaminen tekee jäykästä taas joustavan

Ikääntyessä proteiinien välisten ristisidosten määrä kasvaa. Nämä sidokset on nimetty osuvasti AGE-termillä (Advanced Glycation End products), josta käy ilmi, että ristisidokset vaativat sokeriosan (glycation) muodostuakseen. Ristisidosten kertyminen on myös diabetekseen liittyvien oireiden, ateroskleroosin ja Alzheimerin taudin taustalla. Terveellä ihmisillä ristisidoksia kertyy hitaasti iän myötä. Ristisidoksia voi näin ollen muodostua vain hyvin pitkäikäisiin rakenneproteiineihin, kuten kollageeniin.

Ristisidosten kertyminen tekee joustavasta rakenteesta, esimerkiksi vesisuonen seinämästä, jäykän. Diabeetikoilla ristisidoksia muodostuu kiihtyneellä tahdilla, koska solut altistuvat suuremmille sokerimäärille. Vanhenemiselle ja diabetekselle yhteinen piirre on ristisidosten aiheuttama sydämen ja verisuonten jäykistyminen. Jo nyt markkinoilla on useita ristisidoksia purkavia lääkevalmisteita, mutta niiden tarkka toimintamekanismi ja hyödyt eri ihmisryhmille ovat vielä selvityksen alla.

Entsyymiterapia tehostaa solujen jätehuoltoa

Lysosomit ovat solujen sisällä olevia pieniä rakkuloita, jotka sisältävät hajottavia entsyymejä. Ne ovat elintärkeä osa solujen jätehuoltojärjestelmää ja niiden toimimattomuus on useiden eri sairauksien taustalla. Iän myötä lysosomien määrä joko vähenee ja/tai niiden toiminta heikkenee, jonka seurauksena soluun kertyy toimimattomia soluelimiä ja niiden osia. Lysosomaalisiin sairauksiin käytettävä entsyymiterapia voisikin olla yksi mahdollisuus muuttaa lysosomien toiminta nuoren kaltaiseksi, mikä voisi osaltaan vähentää ikääntymisen merkkejä.

Entsyymitarapiassa kehoon viedään suonensisäisesti tiettyä entsyymiä, joka siirtyy solun sisälle lysosomeihin tehostaen niiden toimintaa. Entsyymiterapia ei siis korjaa esimerkiksi virheellistä geeniä, vaan tuo soluun lisää haluttua entsyymiä. Entsyymiterapialla voi kuitenkin olla sivuvaikutuksia ja se onnistuu usein epätäydellisesti siten, että entsyymi siirtyy tehokkaasti vain tiettyihin kudoksiin. Erityisen haastavaa on ollut saada entsyymiterapia toimimaan aivoissa, joissa lysosomien toiminnan heikkeneminen näkyy esimerkiksi Alzheimerin tautina.  Entsyymiterapian hintalappukin on vielä varsin korkea tehtäväksi säännöllisesti loppuelämän ajan.

Epigeneettinen uudelleenohjelmointi palauttaa solun toimintoja

Vanheneminen muuttaa DNA:n pinnalla olevia epigeneettisiä merkkiaineita, joista tutkituimpia ovat metyyliryhmät. Näihin merkkeihin perustuvat myös tunnetuimmat biologisen iän mittarit eli epigeneettiset kellot. Nämä epigeneettiset merkit paitsi kertovat biologisesta ikääntymisprosessista, myös vaikuttavat geenien toimintaan. Viime vuonna julkaistiin ensimmäiset todisteet siitä, että epigeneettisten merkkien muuttaminen voi palauttaa solun tai kudoksen toiminnan.

Hiirillä tehdyssä kokeessa silmän hermosolujen epigeneettisiä merkkejä muuttamalla onnistuttiin palauttamaan iän tai sairauden heikentämä näkökyky. Samalla tutkimus antoi uskoa siitä, että solujen DNA voidaan palauttaa epigeneettisiltä merkeiltään nuoren kaltaiseksi, jolloin myös kudoksen toiminta palautuu.

Vanheneminen saattaa tulevaisuudessa olla kaksisuuntainen tie

Tutkimukset viittaavat siihen, että vanheneminen ei ehkä olekaan vain yksisuuntainen tie, vaan on mahdollista kulkea myös vastakkaiseen suuntaan – ainakin hetken matkaa. Edellä kuvattujen keinojen lisäksi blogissa aiemmin käsitellyistä aiheista esimerkiksi geeninsiirto, solujen ympäristön nuorentaminen ja senesenssien solujen poisto voivat olla tulevaisuuden ”nuorennushoitoja”.

Haasteita suunnan muutokselle kuitenkin asettavat muun muassa ikääntymisprosessin monimutkaisuus ja yksilölliset erot. Jotta normaalia kudosten vanhenemista voidaan korjata, tulisi hoidon todennäköisesti kohdistua moniin ikääntymisen mekanismeihin ja kudoksiin samanaikaisesti. Lisäksi jos hoidoilla saavutettuja muutoksia halutaan ylläpitää, tulisi hoidon jatkua loppuelämän ajan. Vielä ei myöskään ole näyttöä siitä, että tietyn toiminnon nuorentaminen lopulta pidentäisi elinikää tai toisi lisää terveitä elinvuosia perusterveille ihmiselle. Nuorennushoitojen kehittymistä odotellessa terveellinen ruokavalio ja riittävä liikunta tarjoavat turvallisen keinon terveiden elinvuosien lisäämiseen.

Lähteet:

  • Engelen, L., Stehouwer, C. D., & Schalkwijk, C. G. (2013). Current therapeutic interventions in the glycation pathway: Evidence from clinical studies. Diabetes, Obesity & Metabolism, 15(8), 677-689.
  • Lu, Y., Brommer, B., Tian, X., Krishnan, A., Meer, M., Wang, C., et al. (2020). Reprogramming to recover youthful epigenetic information and restore vision. Nature, 588(7836), 124-129.
  • Parenti, G., Pignata, C., Vajro, P., & Salerno, M. (2013). New strategies for the treatment of lysosomal storage diseases (review). International Journal of Molecular Medicine, 31(1), 11-20.
  • Solomon, M., & Muro, S. (2017). Lysosomal enzyme replacement therapies: Historical development, clinical outcomes, and future perspectives. Advanced Drug Delivery Reviews, 118, 109-134.
  • Vasan, S., Foiles, P., & Founds, H. (2003). Therapeutic potential of breakers of advanced glycation end product-protein crosslinks. Archives of Biochemistry and Biophysics, 419(1), 89-96.

Miksi kehon rasittaminen parantaa terveyttä? Elinikä ja hormeesi

Teksti on kirjoitettu yhdessä Sanna Lensun (FT, toksikologia) kanssa.

Liikunnan tiedetään edistävän terveyttä monen tavoin. Tiedetään myös, että liikunta rasittaa kehoa lisäten solutason stressiä.  Hormeesi on termi ilmiölle, joka kuvaa elimistön vasteita erilaisille annoksille ulkoisia tekijöitä, kuten liikuntaa. Vaikka tiedämme, että liikunta aiheuttaa stressiä, elimistön kohtuullinen altistuminen sille voikin saada kehon varautumaan paremmin tuleviin koitoksiin. Mutta kuinka ihmeessä liikunta voi olla sekä stressitekijä että terveyden edistäjä? Syvennytäänpä siis termiin hormeesi.

Kehon rasittaminen saa sen varautumaan paremmin tuleviin koitoksiin. Kuva: Unsplash.

Hormeesi juontaa juurensa kreikan kielen sanasta hórmesis eli “nopea liike” tai ”innokkuus”. Se kuvaa yleisesti erilaisille tekijöille altistumisen biologisia vaikutuksia kehossa. Tällaisia tekijöitä voivat olla esimerkiksi vitamiinit, hivenaineet, säteily, lääkeaine tai liikunta. Jotkin näistä ovat elimistölle ja terveydelle kriittisen tärkeitä – osaa taas emme vain voi välttää. Hormeesiteorian nojalla elimistön rasittaminen esimerkiksi pienellä annoksella haitallista ainetta voi saada kehon varautumaan paremmin vaurioihin tai muihin ympäristöstä tuleviin kuormituksiin.

Sopiva kuormitus saa solut voimaan paremmin

Hormeesi on alun perin toksikologian alan termi, jolla kuvataan esimerkiksi säteilyn, ympäristökemikaalin tai lääkeaineen annosvastetta. Hormeesiin perustuvan teorian mukaan tällaisen tekijän vaikutus elimistössä ei ole suorassa suhteessa sen annokseen. Toisin sanoen, pieni annos ei saakaan aikaan pientä vaikutusta ja suuri suurta, vaan pienellä annoksella vaikutus onkin erisuuntainen kuin isolla annoksella. Voi olla jopa niin, että sekä liian pieni että liian suuri annos ovat haitaksi, mutta kohtuullinen annos on terveydelle hyödyksi.

Hormeesiteorian on osoitettu toimivan hyvin esimerkiksi lääkeaineilla – pieni annos lääkettä auttaa pitämään sairauden kurissa, mutta yliannos aiheuttaa yleensä vakavia sivuvaikutuksia. Hyvä esimerkki liian pienen ja suuren annoksen haitoista on myös mediassa pinnalla ollut D-vitamiini, joka on kehon immuunipuolustukselle ja luustolle välttämätön, mutta voi aiheuttaa yliannostuksena maksavaurion.

Hormeesi-ilmiö tunnetaan myös haitallisina pidetyille, elimistöä kuormittaville, stressaaville aineille. Tästä esimerkkinä säteily, joka pieninä annoksina aktivoi solujen puolustautumistapoja taistella erilaisia ympäristöstä tulevia altistuksia vastaan. Kun säteilyn annos kasvaa, elimistön stressikuorma kuitenkin ylittyy ja seurauksena on usein syövän kehittyminen.

Liikunta kuormittaa soluja monella tavalla

Vaikka hormeesi on terminä ollut olemassa jo 1940-luvulla, on se siirtynyt liikuntatieteilijöiden sanavarastoon vasta 2000-luvun alussa. Jo pitkään on kuitenkin tunnustettu, että liikuntaa pakottaa solut tuottamaan energiaa tehokkaammin, mikä puolestaan lisää muun muassa oksidatiivista stressiä. Kasvanut oksidatiivinen stressi voi puolestaan vaurioittaa solun osia ja DNA:ta haitaten solun toimintaa. Miksi tämä olisi keholle eduksi?

Liikunta saa kehossa aikaan oksidatiivisen stressin ohella monenlaisia muita stressitekijöitä. Se tuottaa esimerkiksi lämpöstressiä sekä aineenvaihdunnallista ja mekaanista stressiä. Nämä yhdessä aktivoivat useita eri signaalireittejä lihasten aineenvaihdunnasta luuston kuormitukseen, aina suoliston ja aivojen toimintaan asti, mahdollistaen liikuntaan liittyvät vasteet elimistössä.

Salaisuus piileekin siinä, että rasitus aktivoi myös elimistön puolustusmekanismeja. Esimerkiksi oksidatiivista stressiä vastaan taisteleva antioksidanttikoneisto käynnistyy ja varautuu siihen, että lähdet pian uudelle juoksulenkille. Samalla elimistö tulee varautuneeksi myös muihin, samantyyppisiä vaurioita aiheuttavien stressitekijöiden kuormitukseen. Lopputuloksena elimistö on paremmin suojautunut esimerkiksi syövän kehittymiseltä. Liikunnan useita eri syöpiä estävä vaikutus voikin tulla osin hormeesin kautta.

Hormeesiteoria selittää myös sen, miksi antioksidanttien nauttiminen ei aina ole eduksi – ne voivat häiritä liikuntavasteen syntymistä ehkäisemällä happiradikaalien muodostumista. Kehon omien, luontaisten puolustusmekanismien aktivoituminen voikin olla olennaista sekä liikuntavasteen että liikunnan terveyshyötyjen kannalta.

Riittävä liikunta edistää terveyttä hormeesin avulla

Kuten D-vitamiini, liikunta edistää terveyttä oikeanlaisina annoksina nautittuna. Liian vähäisellä liikunnalla ei saavuteta liikunnan kaikkia terveyshyötyjä ja toisaalta liian raskas liikunta voi tuottaa terveydelle haitallisia vaikutuksia, kuten rasitusvammoja ja rytmihäiriöitä. Hormeesi on yhdistetty myös elinikään. Elimistön sopiva kuormitus vaikuttaisi tuovan lisää elinvuosia todennäköisesti juuri parantuneen kuormitukseen varautumisen vuoksi. Kuten edellä mainittu, liikunta voi myös ennaltaehkäistä tiettyjen syöpien ja monien muiden sairauksien ilmenemistä tuoden näin lisää terveitä elinvuosia.

Se, mikä annos liikuntaa on kullekin sopiva, riippuu todennäköisesti ihmisen omasta sen hetkisestä kuntotasosta ja perimästä. Mikäli on korona-aikana viettänyt päivät pääosin istuen, kannattaa kehoa lähteä totuttamaan liikuntaan vähitellen. Sitä mukaa kun keho sopeutuu liikuntaan, rasitusta voi ja kannattaakin lisätä, ja kehittää näin kuntoa. Sen lisäksi, että fyysinen ja psyykkinen hyvinvointi paranevat, kasvaa myös elimistön vastustuskyky muita stressitekijöitä kohtaan.

Lähteet:

  •  Andersen, K., Farahmand, B., Ahlbom, A., Held, C., Ljunghall, S., Michaelsson, K., et al. (2013). Risk of arrhythmias in 52 755 long-distance cross-country skiers: A cohort study. European Heart Journal, 34(47), 3624-3631.
  • Lee, I. M., Hsieh, C. C., & Paffenbarger, R. S. (1995). Exercise intensity and longevity in men. the harvard alumni health study. Jama, 273(15), 1179-1184.
  • Mattson, M. P. (2008). Hormesis defined. Ageing Research Reviews, 7(1), 1-7.
  • Peake, J. M., Markworth, J. F., Nosaka, K., Raastad, T., Wadley, G. D., & Coffey, V. G. (2015). Modulating exercise-induced hormesis: Does less equal more? Journal of Applied Physiology (Bethesda, Md.: 1985), 119(3), 172-189.
  • Radak, Z., Chung, H. Y., Koltai, E., Taylor, A. W., & Goto, S. (2008). Exercise, oxidative stress and hormesis. Ageing Research Reviews, 7(1), 34-42.
  • Ristow, M., Zarse, K., Oberbach, A., Kloting, N., Birringer, M., Kiehntopf, M., et al. (2009). Antioxidants prevent health-promoting effects of physical exercise in humans. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 106(21), 8665-8670.
  • Calabrese, E. J., Dhawan, G., Kapoor, R., Iavicoli, I., & Calabrese, V. (2015). What is hormesis and its relevance to healthy aging and longevity? Biogerontology, 16(6), 693-707.
  • Ji, L. L., Dickman, J. R., Kang, C., & Koenig, R. (2010). Exercise-induced hormesis may help healthy aging. Dose-Response : A Publication of International Hormesis Society, 8(1), 73-79.

Biologinen ikä – millä mittarilla lähimmäs totuutta?

Ihmisen biologista ikää voidaan mitata monenlaisilla mittareilla. Mitä useampaa mittaustapaa hyödynnetään, sitä lähemmäs totuutta todennäköisesti päästään. Viimeaikaiset tutkimukset ovat onnistuneet yhdistämään myös psyykkisen terveyden biologisiin vanhenemisprosesseihin.

Biologista ikää voidaan mitata monin keinoin. Mutta mikä on ylitse muiden? Kuva: Unsplash.

Biologisen iän mittarit pyrkivät mittaamaan kehon todellista ikää, joka voi poiketa suurestikin omasta kalenteri-iästä. Tunnetuimmat biologisen iän mittarit perustuvat DNA:n tiettyjen kohtien merkkiaineiden, eli metylaation mittaamiseen. Muitakin vaihtoehtoja biologisen iän mittaamiseen on, ja uusia menetelmiä hiotaan jatkuvasti. Yksittäiset tutkimukset keskittyvät yleensä kuitenkin mittaamaan biologista ikää vain yhdellä tavalla, mikä voi antaa virheellisen kuvan kehon todellisesta iästä.

Eri mittari, eri arvio iästä

Nykyiset biologisen iän mittaustavat voidaan jakaa viiteen eri kategoriaan: telomeerien pituuden, epigeneettisten muutosten, geenien tai proteiinien ilmenemisen ja aineenvaihdunnan tuotteiden mittaamiseen. Alla käyn lyhyesti läpi jokaisen menetelmän mittausperiaatteen.

Telomeerien pituuden mittaaminen tehdään tyypillisimmin veren valkosoluista. Tällöin mitataan DNA-juosteiden päässä olevien toistojaksojen pituutta. Mitä lyhempi telomeeri, sitä useammin solu on jakautunut, ja sitä vanhempi se on.

Epigeneettisten muutosten mittaamiseen on kehitetty useita eri algoritmeja, joita kutsutaan epigeneettisiksi kelloiksi. Menetelmässä mitataan tiettyihin DNA:n kohtiin kiinnittyneitä metyyliryhmiä. On havaittu, että DNA:n tiettyjen kohtien metylointi liittyy ikääntymiseen. Metyyliryhmän kiinnittyminen tiettyyn geeniin tyypillisesti hiljentää sen toiminnan.

Geenien ilmenemisen kokonaisuuden tutkiminen (traskriptomiikka) kertoo mitkä geenit näytteenottohetkellä ovat olleet aktiivisia. Tämä perustuu siihen, että tarkastellaan lähetti-RNA-molekyylejä, jotka välittävät geenien tiedon tuman DNA:sta toiminnalliseksi tuotteeksi. Lähetti-RNA:n lopputuote on tyypillisesti proteiini.

Proteiinien kokonaisuuden (proteomiikka) mittaaminen on idealtaan sama kuin geenien ilmenemisen, mutta nyt ollaankin kiinnostuneita lopputuotteesta, eli proteiinista. Nämä kaksi mittaustapaa voivat kuitenkin antaa hyvin eri tuloksen, sillä pelkkä lähetti-RNA:n määrä ei kerro vastaavan proteiinin määrää, sillä yksittäisestä lähetti-RNA:sta voidaan tuottaa koko joukko samaa proteiinia. Tällaisessa tilanteessa lähetti-RNA:n määrä on pieni, mutta vastaavan proteiinin suuri.

Aineenvaihduntatuotteiden kokonaisuutta (metabolomiikka) mitataan sitäkin tyypillisimmin verestä. Aineenvaihdunnan tuote eli metaboliitti on mikä tahansa yhdiste, joka osallistuu aineenvaihduntaan tai on sen tuote. Yksi metaboliittien mittaamisen hyödyistä on siinä, että metaboliitit ovat itsessään fysiologisesti merkittäviä viestin välittäjiä, toisin kuin edellä mainitut epäsuorasti elimistön tilasta kertovat mittarit, kuten lähetti-RNA:n määrä. Metaboliittien pitoisuudet kuitenkin vaihtelevat esimerkiksi iän ja elintapojen mukaan, mikä on huomioitava tulosten tulkinnassa.

Vaikka kaikki menetelmät tähtäävät biologisen iän selvittämiseen, tutkimuksissa nämä eri menetelmät eivät ole antaneet kovinkaan yhteneväisiä tuloksia. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että jos verestäsi mitattaisiin oma biologinen ikäsi viidellä eri tavalla, saisit viisi eri vastausta. Jokainen mittari siis mittaa hieman eri asiaa elimistön vanhenemisesta. Tämän vuoksi viimeaikaisissa tutkimuksissa on pyritty yhdistämään useampaa eri mittaria toisiinsa, jotta ihmisen kehon tilasta saataisiin kokonaisvaltaisempi kuva.

Biologiset kellot mittaavat ikääntymisen eri puolia

Useat tutkimukset ovat osoittaneet, ettei telomeerien pituudella ja epigeneettisillä muutoksilla ole vahvaa yhteyttä. Ne siis kuvaavat ikääntymistä eri tavoin. Sen sijaan epigeneettisten kellojen ja geenien ilmenemisen on havaittu olevan yhteydessä toisiinsa, mikä on loogista, sillä metylaatio vaikuttaa geenien toimintaan. Osa ikääntymisen mittareista voi siis antaa samansuuntaisen tuloksen, vaikka keskittyvätkin eri solutason ilmiöihin.

Vastikään julkaistussa tutkimuksessa hyödynnettiin kaikkia viittä biologisen iän määritysmenetelmää. Tulokseksi saatiin, että biologista ikää eniten lisäsivät miessukupuoli, tupakointi, korkea kehonpainoindeksi (BMI) ja metabolinen syndrooma ja masennus. Kaikki edellä mainitut ovat tunnetusti elinikää lyhentäviä tekijöitä. Tässä yhteydessä COVID-19-rokotusten yhteydessä Twitterissä leviävä lause ”COVID-19-rokotus ei muuta DNA:tasi – tupakointi muuttaa” on enemmän kuin ajankohtainen. Kiinnostavaa kyllä, myös masennus pystyttiin yhdistämään useisiin solutason ikääntymisprosesseihin.

Ei ole siis suinkaa yhdentekevää, millä mittarilla biologista ikää mitataan. Lisäksi on huomioitava, että suurin osa tutkimuksista tehdään verestä (seerumi, veren valkosolut), jolloin ei myöskään päästä kiinni siihen, millä nopeudella eri kudokset (esimerkiksi aivot, lihakset, maksa) vanhenevat.

Vaikuttaa kuitenkin siltä, että useaa eri mittaustapaa yhdistämällä saadaan kokonaisvaltaisempi kuva kehon vanhenemisprosesseista, jolloin myös biologisessa iässä päästään lähemmäs totuutta.


Lähteet:

  • Belsky, D. W., Moffitt, T. E., Cohen, A. A., Corcoran, D. L., Levine, M. E., Prinz, J. A., et al. (2018). Eleven telomere, epigenetic clock, and biomarker-composite quantifications of biological aging: Do they measure the same thing? American Journal of Epidemiology, 187(6), 1220-1230.
  • Han, L. K. M., Aghajani, M., Clark, S. L., Chan, R. F., Hattab, M. W., Shabalin, A. A., et al. (2018). Epigenetic aging in major depressive disorder. The American Journal of Psychiatry, 175(8), 774-782.
  • Jansen, R., Han, L. K., Verhoeven, J. E., Aberg, K. A., van den Oord, E C, Milaneschi, Y., et al. (2021). An integrative study of five biological clocks in somatic and mental health. eLife, 10, 10.7554/eLife.59479.
  • Jylhava, J., Pedersen, N. L., & Hagg, S. (2017). Biological age predictors. EBioMedicine, 21, 29-36.
  • Li, X., Ploner, A., Wang, Y., Magnusson, P. K., Reynolds, C., Finkel, D., et al. (2020). Longitudinal trajectories, correlations and mortality associations of nine biological ages across 20-years follow-up. eLife, 9, 10.7554/eLife.51507.
  • Marioni, R. E., Harris, S. E., Shah, S., McRae, A. F., von Zglinicki, T., Martin-Ruiz, C., et al. (2018). The epigenetic clock and telomere length are independently associated with chronological age and mortality. International Journal of Epidemiology, 45(2), 424-432.
  • Walker, E. R., McGee, R. E., & Druss, B. G. (2015). Mortality in mental disorders and global disease burden implications: A systematic review and meta-analysis. JAMA Psychiatry, 72(4), 334-341.
  • Metabolomiikka – lääketieteellisen tutkimuksen uusi työkalu (duodecimlehti.fi)

Auttaako liikunta karistamaan vanhat solut kehosta?

Ikääntyminen tuo mukanaan monia haasteita, joista krooniset sairaudet ovat yksi elinikää selvästi lyhentävä riskitekijä. Näiden sairauksien synnyn taustalla ovat muuan muassa elimistöön kertyvät toimimattomat solut. Auttaisiko liikunta karistamaan elimistöstä solut, joiden parasta-ennen päiväys on jo hyvän aikaa sitten ohitettu?

Auttaisiko riittävä vauhti ja ärhäkkä toppapuku karistamaan vanhat solut kehosta? Kuva: Unsplash

Ikääntyessä kehossamme olevien vanhojen, toimimattomien solujen määrä kasvaa. Puhutaan senesensseistä, eli vanhentuneista soluista. Kasvanut senesenssien solujen määrä on yhteydessä esimerkiksi tyypin 2 diabeteksen kehittymiseen. Tämän vuoksi tutkimuksissa on kiinnostuttu selvittämään, kuinka senesenssit solut saataisiin hallitusti poistettua kehosta.

Senolyysi siivoaa vanhentuneet solut pois

Kun solut tulevat vanhoiksi, niillä on kaksi pääasiallista kohtaloa: ne voidaan joko poistaa kehosta hallitusti (apoptoosi) tai ne voivat jäädä kehoon jakautumattomina, toimimattomina soluina (senesenssi). Miksi sitten kaikkia vanhentuneita soluja ei poisteta kehosta? Vaikka senesenssien solujen määrä voi vaikuttaa kroonisten sairauksien, kuten diabeteksen ja sarkopenian kehittymiseen, ne myös voivat estää syövän muodostumista. Senesenssien solujen kertyminen onkin osa luonnollista ikääntymisprosessia, ja niillä voi olla elimistön toimintakykyä ylläpitäviä tehtäviä.

Senesenssit solut ovat elimistössämme kuitenkin siitä ikäviä vieraita, että ne erittävät ympärilleen myös kudosten toimintaa heikentäviä aineita. Tähän ajatellaan perustuvan senesenssien solujen kroonisten sairauksien riskiä lisäävä ominaisuus. Ikääntymisen rinnalla epäterveelliset elintavat lisäävät senesenssien solujen määrää. Erityisen haitallisia tapoja ovat tupakointi, epäterveellinen ruokavalio ja liian vähäinen liikunta.

Senolyysillä tarkoitetaan vanhojen, toimimattomien solujen hallittua hävittämistä. Solujen senesenssi liittyy paitsi ikääntymisprosessiin, myös muihin elinikään liittyviin ilmiöihin, kuten kasvainten kehittymiseen ja kudosten korjausmekanismeihin. Niinpä solujen senesenssin hallitseminen voisi tuoda terveitä elinvuosia useamman eri mutkan kautta. Viime vuosina senolyyttisillä lääkkeillä on saatu lupaavia tuloksia tiettyjen kroonisten sairauksien hoidossa.

Liikunta vähentää senesenssien solujen määrää?

Liikunta on tehokas, turvallinen ja ennen kaikkea kustannustehokas keino useiden ikääntymiseen liittyvien sairauksien ennaltaehkäisyssä. Se auttaa painonhallinnassa, pitää kehon toimintakykyisenä ja ennaltaehkäisee kerralla useita eri sairauksia. Liian vähäinen liikunta puolestaan voi johtaa kiihtyneeseen ikääntymiseen ja useiden ikääntymiseen liittyvien sairauksien puhkeamiseen. Liikunnan on jo pitkään tiedetty olevan hyvä ikääntymistä hidastava lääke. Mutta kuinka se toimii?

Viime vuosina on havaittu, että liikunta voi vähentää senesenssien solujen merkkiaineita terveillä ihmisillä. Aktiivinen liikunta voi todennäköisesti vähentää vanhentuneita soluja useissa eri kudoksissa, edistäen koko kehon toimintaa. Mikä liikunnassa sitten saa vanhat solut häipymään takavasemmalle? Siinä missä liikunnan senolyyttisestä vaikutuksesta on varsin lupaavia tuloksia, ei syytä ilmiölle tunneta kovinkaan hyvin. Tiedetään, että liikunta voi vähentää muun muassa DNA-vaurioiden määrää, telomeerien kulumista, oksidatiivista stressiä ja kiihdyttää solujen autofagiaa eli puhdistuskoneistoa. Kaikki nämä mekanismit voivat auttaa pitämään senesenssien solujen määrän kurissa.

Kuinka paljon liikuntaa sitten on tarpeeksi? Tämä on yhä selvityksen alla. Todennäköistä on, että eri ihmisillä riittävän liikunnan kynnysarvo on erilainen johtuen muun muassa geeniperimästä ja muista elintavoista. Selvityksen alla on myös se, saadaanko liikunnasta samoja terveyshyötyjä senesenssin suhteen riippumatta iästä, terveydentilasta tai liikuntalajista (aerobinen vs. voimaharjoittelu). Liikunnan ohella tupakoinnin ja ylipainon välttäminen näyttäisivät olevan tehokkaita keinoja kehon solutason vanhenemisen hidastamisessa.

Lähteet:

  • Booth, F. W., Roberts, C. K., & Laye, M. J. (2012). Lack of exercise is a major cause of chronic diseases. Comprehensive Physiology, 2(2), 1143-1211.
  • Chen, X. K., Yi, Z. N., Wong, G. T., Hasan, K. M. M., Kwan, J. S., Ma, A. C., et al. (2021). Is exercise a senolytic medicine? A systematic review. Aging Cell, 20(1), e13294.
  • Munoz-Espin, D., & Serrano, M. (2014). Cellular senescence: From physiology to pathology. Nature Reviews.Molecular Cell Biology, 15(7), 482-496.
  • Rodier, F., & Campisi, J. (2011). Four faces of cellular senescence. The Journal of Cell Biology, 192(4), 547-556.
  • Song, Z., von Figura, G., Liu, Y., Kraus, J. M., Torrice, C., Dillon, P., et al. (2010). Lifestyle impacts on the aging-associated expression of biomarkers of DNA damage and telomere dysfunction in human blood. Aging Cell, 9(4), 607-615.
  • Liu, Y., Sanoff, H. K., Cho, H., Burd, C. E., Torrice, C., Ibrahim, J. G., et al. (2009). Expression of p16(INK4a) in peripheral blood T-cells is a biomarker of human aging. Aging Cell, 8(4), 439-448.

Resilienssi ja ikääntyminen

Teksti on kirjoitettu yhteistyössä Sini Siltasen (TtT, resilienssitutkija) kanssa.

Koronavuonna resilienssi on noussut jo lähes muotisanaksi – ja hyvästä syystä. Tyypillisesti resilienssillä tarkoitetaan psyykkistä palautumiskykyä vastoinkäymisistä. Hyvä resilienssi auttaa selviytymään elämän kolhuista ja pitää ihmisen toimintakykyisenä. Pitkä elinikä vaatii resilienssiä paitsi psyyken myös solutasolla.

Jos sinulla on hyvä resilienssi, saatat löytää onnea sieltä mistä muut eivät osaa katsoa. Kuva: Pixabay

Resilienssiä voidaan kuvata mielen sisukkuutena. Se pitää sisällään sekä mielen sinnikkyyden että joustavuuden, joita saatamme hyödyntää selvitäksemme haastavista tilanteista. Sinnikkyys saa meidät ponnistelemaan tavoitteidemme eteen ja joustavuus puolestaan auttaa keksimään uusia, vallitsevassa tilanteessa saavutettavampia tavoitteita. Psyykkisen resilienssin rinnalla on olemassa myös biologinen resilienssi, joka kuvaa kehomme kykyä palautua haasteista. Vaikka psyykkinen ja biologinen resilienssi kuvaavat samaa asiaa eri näkökulmista katsottuna, eivät ne aina kulje käsi kädessä.

Biologinen resilienssi – kehon sisukkuus

Resilienssistä voidaan puhua ikääntymisen yhteydessä myös solu- ja kudostasolla. Tällöin kyseessä on biologinen resilienssi, jolla viitataan kehon kykyyn palautua muutoksesta tai vauriosta. Tämän palautumiskyvyn heikkeneminen iän myötä johtaa moniin ikääntymiseen liittyviin ongelmiin.

Biologisen resilienssin vähenemisen voidaan katsoa johtuvan kolmesta eri ilmiöstä: ”varmuusvaraston” hupenemisesta (esim. kantasolut), virheiden karttumisesta (esim. mutaatiot) ja fysiologisten toimintojen ja vasteen hidastumisesta. Nämä muutokset johtavat kehon heikompaan kykyyn palautua lyhentäen elinikää.

Ikääntyminen heikentää biologista resilienssiä

Biologinen resilienssi vähenee iän myötä. Vanhemmat ihmiset siten palautuvat huonommin verrattuna nuorempiin koettuaan samanlaisen muutoksen ympäristössä. Esimerkiksi toipuminen leikkauksesta on hitaampaa ja epätäydellisempää 80-vuotiailla verrattuna nuoriin ihmisiin.

Biologisen resilienssin tehokkuutta voidaankin mitata sekä ajan (kuinka kauan leikkauksesta palautuminen kestää) ja toimintakyvyn (palautuuko toimintakyky ja fysiologia ennalleen) kautta. Näiden lisäksi biologista resilienssiä voidaan mitata niin solu-, elin-, systeemi- kuin koko kehon tasoilla. Solutasolla resilienssiä kuvaa esimerkiksi kyky ja nopeus korjata DNA:n vaurioita, elin- ja systeemitasolla voidaan mitata vaikkapa verensokerin palautumista sokerirasituskokeen aikana. Koko kehon palautumista kuvaa esimerkiksi edellä mainittu toipuminen leikkauksesta.

Koska resilienssi liittyy nimenomaan kykyyn palautua odottamattomista tilanteista kuten sairastumisesta, voi vähentynyt resilienssi lisätä kuolemanriskiä jopa ilman kroonisia sairauksia.

Psyykkinen ja biologinen resilienssi eivät aina kulje käsi kädessä

Siinä missä biologinen resilienssi vääjäämättä heikkenee iän myötä, ei psyykkinen resilienssi välttämättä noudata tätä kaavaa. On jopa mahdollista, että biologisen resilienssin pienentyessä henkilön psyykkinen resilienssi itse asiassa paranee. Ikääntyminen voi vahvistaa mielen sitkeyttä johtuen elämänkokemuksen karttumisesta ja paremmasta itsetunnosta sekä itsetuntemuksesta. Elämän varrella opitut tiedot ja taidot auttavat mieltämme sopeutumaan ja palautumaan myös tulevista haasteista.

Psyykkiseen resilienssiin vaikuttavat useat eri tekijät lähtien perimästä, kasvatuksesta ja ympäristöstä. Kuinka omaa resilienssiä sitten voisi kehittää ja ylläpitää vanhuudessa? Resilienssin vahvistumista auttaa esimerkiksi omien vahvuuksien tunnistaminen ja ympäristö, joka tukee omia taipumuksia kohdata ja päästä yli pettymyksistä. Kun oppii tunnistamaan omat vahvuudet ja toimintatavat, luottamus selviytymiseen ja pärjäämiseen on helpompi säilyttää myös elämän vastoinkäymisissä. Lisäksi on oleellista pitää yllä itselle tärkeitä ihmissuhteita, sillä ystäviltä ja perheenjäseniltä voi saada korvaamatonta tukea, lohtua ja käytännön apua heikolla hetkellä.

Biologiseen resilienssiin on yritetty vaikuttaa monin keinoin ja tutkimukset jatkuvat yhä. Tällä hetkellä paras ja turvallisin keino pitää yllä oman kehon resilienssiä ovat terveellinen ruokavalio ja riittävä liikunta. Runsaasti kasviksia ja marjoja sisältävä ruokavalio auttaa pienentämään elimistön oksidatiivista stressiä, jolloin solutason vaurioita ei synny niin tiuhaan. Liikunta puolestaan auttaa muun muassa parantamaan lihasten kantasolujen toimintaa ja pitää yllä koko kehon toimintakykyä.

Vaikka psyykkinen ja biologinen resilienssi eivät aina kulje käsi kädessä, psyykkinen resilienssi voi osaltaan vaikuttaa kehon hyvinvointiin ja päinvastoin. Psyykkisen resilienssin on esimerkiksi todettu olevan yhteydessä liikkumiskykyyn ja arjen aktiivisuuteen. Arjen aktiivisuus pysyy yllä liikkumisvaikeuksistakin huolimatta, kun mieleltään sisukkaat henkilöt eivät luovuta, vaan alkavat puuhastella enemmän kotona tai lähialueilla. Psyykkinen ja biologinen resilienssi voivat näin tukea toisiaan ylläpitäen mielen ja kehon toimintakykyä.

Lähteet:

  • Siltanen, S., Rantanen, T., Portegijs, E., Tourunen, A., Poranen-Clark, T., Eronen, J., et al. (2019). Association of tenacious goal pursuit and flexible goal adjustment with out-of-home mobility among community-dwelling older people. Aging Clinical and Experimental Research, 31(9), 1249-1256.
  • Siltanen, S., Tourunen, A., Saajanaho, M., Palmberg, L., Portegijs, E., & Rantanen, T. (2020). Psychological resilience and active aging among older people with mobility limitations. European Journal of Ageing, 1-10.
  • Ukraintseva, S., Arbeev, K., Duan, M., Akushevich, I., Kulminski, A., Stallard, E., et al. (2020). Decline in biological resilience as key manifestation of aging: Potential mechanisms and role in health and longevity.Mechanisms of Ageing and Development, 194, 111418.
  • Rantanen, T., Saajanaho, M., Karavirta, L., Siltanen, S., Rantakokko, M., Viljanen, A., et al. (2018). Active aging – resilience and external support as modifiers of the disablement outcome: AGNES cohort study protocol. BMC Public Health, 18(1), 565-018.
  • Hadley, E. C., Kuchel, G. A., Newman, A. B., & Workshop Speakers and Participants. (2017). Report: NIA workshop on measures of physiologic resiliencies in human aging. The Journals of Gerontology.Series A, Biological Sciences and Medical Sciences, 72(7), 980-990.
  • Whitson, H. E., Duan-Porter, W., Schmader, K. E., Morey, M. C., Cohen, H. J., & Colon-Emeric, C. S. (2016). Physical resilience in older adults: Systematic review and development of an emerging construct.The Journals of Gerontology.Series A, Biological Sciences and Medical Sciences, 71(4), 489-495.
  • mieli.fi/fi/mielenterveys/vaikeat-elämäntilanteet/sairastuminen-voi-olla-kriisi/mitä-resilienssi
  • http://www.helsinki.fi/fi/uutiset/koulutus-kasvatus-ja-oppiminen/mita-resilienssi-on

Kun kehon jätehuolto jää eläkkeelle – autofagia ja vanheneminen

Teksti on kirjoitettu yhteistyössä Jaakko Hentilän (LitT, liikuntafysiologi) kanssa.

Autofagia on elimistön keino hankkiutua eroon vanhoista solujen osista. Prosessi on erittäin tarpeellinen kehon normaalille toiminnalle. Ikääntyessä tämä herkkä järjestelmä voi kuitenkin ryhtyä reistailemaan, jolloin soluihin alkaa kertyä haitallisia aineita. Tehoton tai epätavallisesti toimiva autofagia on monen vanhenemiseen liittyvän sairauden yhteinen piirre. Tämän vuoksi autofagian tehostaminen tai hienosäätö voisi olla ratkaisu paitsi sairauksien ennaltaehkäisemiseen ja hoitoon, myös toimintakykyisempään vanhenemiseen.

Kun kehoa ei enää nappaa kierrättäminen, kiihtyy vanheneminen. Kuva: Pixabay

Autofagiaa voidaan kuvata kehon sisäiseksi kierrätysjärjestelmäksi. Sen avulla soluihimme kertyvä tarpeettomaksi käynyt materiaali siivotaan pois. Autofagia on tärkeä osa myös taistelussa monia vanhenemiseen liittyviä sairauksia, kuten Alzheimerin tautia vastaan, jonka yhtenä syntymekanismina voi olla huonosti toimivan materiaalin kasaantuminen soluihin.

Autofagia onkin viime vuosina tunnustettu useiden sairauksien, kuten tyypin 2 diabeteksen, Alzheimerin ja Parkinsonin tautien keskeiseksi mekanismiksi, ja autofagian toiminnan selvittämisestä myönnettiin jopa lääketieteen nobel vuonna 2016. Toiveena on, että autofagian lainalaisuuksien tunteminen mahdollistaisi useiden ikääntymiseen liittyvien sairauksien synnyn selvittämisen ja sitä kautta niiden ennaltaehkäisyn ja hoidon.

Soluilla on kaksi päätoimista kierrätysjärjestelmää

Soluillamme on autofagian lisäksi toinen päätoiminen kierrätysjärjestelmä, joka vastaa yksinomaan proteiinien eli valkuaisaineiden hajottamisesta. Tämän järjestelmän nimi on ubikitiini-proteasomi-järjestelmä. Huonosti toimivien proteiinien kierrättäminen on erityisen tärkeää sen vuoksi, että hyvin toimivat proteiinit ovat elinehto solun toimintakyvyn kannalta. Sen lisäksi, että vahingoittuneet proteiinit eivät toimi oikein, ne ovat alttiita muodostamaan soluihin kertymiä, jotka ovat myrkyllisiä soluille. Näitä solun proteiinikertymiä esiintyy monissa sairauksissa kuten Alzheimerin taudissa.

Toisin kuin ubikitiini-proteasomi-järjestelmä, autofagia on monipuolisempi kierrätysjärjestelmä, jonka avulla solut muun muassa säätelevät ravinnetasapainoaan ja hajottavat vahingoittuneita soluelimiä mukaan lukien proteiineja. Kierrätykseen joutava materiaali joutuu ensin autofagosomiksi kutsuttuun kalvolla rajattuun rakkulaan, eräänlaiseen kuplaan. Tämä kupla sitten yhdistyy solujen jätelaitosten, eli hajottavien entsyymejä sisältävien lysosomien kanssa, pilkkoen saaliiksi saamansa rakennelman pieniin osiin. Nämä hajotustuotteet voidaan edelleen kierrättää joko solun rakennusprojekteihin tai energiantuotantoon.

Solujen siivouskoneisto laiskistuu vanhetessa

Autofagia näyttäisi vähenevän vanhetessa. Tarpeettomien ja toimimattomien molekyylien kertyminen soluun voi jo itsessään edistää vanhenemista. Kuten edellä mainittiin, tehoton autofagia voi myös altistaa monille sairauksille. Mitä pidempään solujen autofagia saadaan pidettyä aktiivisena, sitä tehokkaammin myös ikääntymistä ja siihen liittyviä sairauksia voitaneen hidastaa. Autofagian lääkkeellinen muokkaaminen voisi siten auttaa meitä myös elämään terveenä pidempään.

Toistaiseksi tehokkain tunnettu keino aktivoida autofagiaa on elinikää tutkitusti pidentävä, joskin pitkäaikaisista terveysvaikutuksistaan kiistelty kalorirajoitteinen ruokavalio. Näin pitkälle ei kuitenkaan ole välttämätöntä mennä, vaan omien solujensa puhtaanapitoa voi edesauttaa myös terveellisellä ravinnolla. Esimerkiksi marjat ja hedelmät aktivoivat autofagiaa. Myös liikunnan on havaittu lisäävän autofagosomien määrää lihaksissa, mikä voi osaltaan ylläpitää lihasten terveyttä.

Tulevaisuudessa olisi tärkeä tutkia miten elintavoilla voidaan vaikuttaa eri kudosten autofagiaan. Vielä ei esimerkiksi tunneta täysin, miten elintavat ja ikääntyminen yhdessä vaikuttavat aivojen hermosolujen autofagiaan. Autofagian heikentyneellä toiminnalla on nimittäin havaittu erittäin haitallisia vaikutuksia juuri aivojen toimintakykyyn. Eläintutkimusten perusteella liikunta näyttäisi tehostavan autofagiaa lihasten lisäksi myös aivoissa, mikä puolestaan voi ehkäistä ikääntymiseen liittyvää aivojen rappeutumista. Yksi liikunnan aivoja suojaava mekanismi saattaakin kulkea juuri autofagian kautta.

Tulevaisuus näyttää, missä määrin autofagiaa voidaan muokata pitkän ja terveen eliniän palvelukseen.

Lähteet:

  • Hentilä, J., Hulmi, J. J., Laakkonen, E. K., Ahtiainen, J. P., Suominen, H., & Korhonen, M. T. (2020). Sprint and strength training modulates autophagy and proteostasis in aging sprinters. Medicine and Science in Sports and Exercise, 52(9), 1948-1959.
  • Barbosa, M. C., Grosso, R. A., & Fader, C. M. (2019). Hallmarks of aging: An autophagic perspective. Frontiers in Endocrinology, 9, 790.
  • Boya, P., Reggiori, F., & Codogno, P. (2013). Emerging regulation and functions of autophagy. Nature Cell Biology, 15(7), 713-720.
  • Fan, J., Kou, X., Jia, S., Yang, X., Yang, Y., & Chen, N. (2016). Autophagy as a potential target for sarcopenia. Journal of Cellular Physiology, 231(7), 1450-1459.
  • Mehrpour, M., Esclatine, A., Beau, I., & Codogno, P. (2010). Autophagy in health and disease. 1. regulation and significance of autophagy: An overview. American Journal of Physiology.Cell Physiology, 298(4), C776-85.
  • Rubinsztein, D. C., Marino, G., & Kroemer, G. (2011). Autophagy and aging. Cell, 146(5), 682-695.
  • https://yle.fi/uutiset/3-9206454
  • Andreotti, D. Z., Silva, J. D. N., Matumoto, A. M., Orellana, A. M., de Mello, P. S., & Kawamoto, E. M. (2020). Effects of physical exercise on autophagy and apoptosis in aged brain: Human and animal studies. Frontiers in Nutrition, 7, 94.
  • He, C., Sumpter, R., & Levine, B. (2012). Exercise induces autophagy in peripheral tissues and in the brain. Autophagy, 8(10), 1548-1551.

Soluista karanneen DNA:n määrä ennustaa elinikää

Teksti on kirjoitettu yhteistyössä Laura Kanasen (FT, biogerontologi) kanssa.

Perimä on säilötty jokaiseen soluumme DNA:n muodossa. Ihmisillä DNA:ta suojaa soluissa tumakotelo. Joissain tilanteissa DNA:ta kuitenkin päätyy solun ulkopuolelle. Tämä solunulkoisen DNA:n määrä vaikuttaa olevan hyvä ennustamaan elinikää.

DNA:kin  ottaa välillä hatkat. Kuva: Pixabay

DNA:n tehtävä on säilyttää perimä mahdollisimman muuttumattomana. Ihmisillä ja muilla aitotumallisilla DNA:ta suojaa tumakotelo, joka rajaa solun ytimen muusta solusta erilleen. DNA:ta kuitenkin päätyy kehon erilaisissa toiminnoissa solun sisältä myös solunulkoiseksi DNA:ksi. Joskus DNA tosiaan karkaa solusta, mutta sen poistuminen solusta voi olla myös hallittua.

Meillä jokaisella on veressä solunulkoista DNA:ta. Vasta sen kohonnut määrä liittyy terveysongelmiin. Verenkierrossa kulkevaa solunulkoista DNA:ta voidaan hyödyntää paitsi sairauksien diagnosoinnissa myös eliniän ennustamisessa.

Miksi DNA karkaa solun sisältä?

Nykytietämyksen valossa DNA itsessään ei ole aktiivinen toimija soluissamme. DNA:n tehtävänä on olla ohjeena solun rakennusosien valmistamiselle. Arkielämässä DNA:ta voidaan verrata keittokirjaan, joka sisältää ohjeet moniin eri ruokiin, mutta tarvitsee kokin ja sopivat ainekset, jotta ruuat voidaan valmistaa.

Aitotumallisilla eliöillä DNA oleilee tuman ulkopuolella ainoastaan solun jakautuessa, jolloin tumakotelo hajoaa, ja tyypillisesti muodostuu kaksi identtistä tytärsolua. Näin ollen yksi selkeä syy DNA:n päätyä solun ulkopuolelle liittyy solun hallittuun hajoamiseen. Toisaalta solunulkoisen DNA:n määrä kasvaa selkeästi esimerkiksi hyvin vakavissa ruumiinvammoissa, joissa on tapahtunut mittavia kudosvaurioita. Solunulkoisen DNA:n määrän kasvu liittyy siis myös hallitsemattomaan kudosten ja solujen hajoamiseen.

Nykyisin uskotaan myös, että toimivat solut voivat vapauttaa DNA:ta verenkiertoon osana immuunipuolustusta. DNA voikin toimia immuunipuolustusta aktivoivana vaaran signaalina. On myös mahdollista, että kohonnut solunulkoisen DNA:n määrä on seurausta sen tehottomasta poistamisesta verenkierrosta.  

Solunulkoinen DNA ja sairaudet

Solunulkoinen DNA on lupaava, yksinkertainen merkkiaine sydän- ja verisuoniterveyden arvioimiseen. DNA:n määrä veressä kohoaa vakavissa sydäntautitiloissa merkittävästi ja ennustaa, miten tauti etenee. Kohonneen solunulkoisen DNA:n on havaittu liittyvän myös moniin sydän- ja verisuonitautiriskistä kertoviin tekijöihin, kuten korkeaan verenpaineeseen, terveydelle haitallisiin veren rasva-arvoihin ja tulehdukseen.

Myös syövänhoitoon kehitetään jatkuvasti uutta, helposti kerättäviin näytteisiin perustuvaa diagnostiikkaa. Kudosnäytteiden kerääminen on kehoon kajoavaa, eikä sitä voida toistaa yhtä usein kuin vaikkapa verinäytteenottoa. Verinäytettä, eli nestebiopsiaa onkin kehitetty kudospohjaisten analyysien tueksi. Verenkierrosta mitattavan solunulkoinen DNA sisältää DNA:ta useista eri kudoslähteistä. Syöpäpotilailla kiinnostuksen kohteena on yksinomaan syöpäsoluista peräisin oleva solunulkoinen DNA, joka voi auttaa diagnosoimaan ja tyypittämään kehossa olevan syövän sen sijainnista riippumatta.

Näiden lisäksi kohonneen solunulkoisen DNA:n määrän on havaittu muun muassa ennustavan kuolleisuutta tehohoidossa ja verenmyrkytyksen yhteydessä. Myös vanhenemisen myötä esiintyvässä hauraus-raihnaus-oireyhtymän (engl. frailty) yhteydessä solunulkoisen DNA:n määrä on kohonnut.

Solunulkoinen DNA eliniän ennustajana

Ottaen huomioon, että suurempi solunulkoisen DNA:n määrä on niin selvästi merkki sairaudesta, ei liene yllättävää, että solunulkoisen DNA:n määrä ennustaa myös kuolleisuutta normaaliväestössä. Solunulkoisen DNA:n on havaittu ennustavan elinikää niin keski-ikäisillä kuin hyvin iäkkäilläkin ihmisillä. Vaikka korkea solunulkoisen DNA:n määrä liittyy moniin sydän- ja verisuonitauteihin ja niiden riskitekijöihin, ennustaa solunulkoisen DNA:n määrä kuolleisuutta riippumatta siitä, onko ihmisellä kyseinen sairaus vai ei. Solunulkoinen DNA näyttäisikin olevan muista terveysmuuttujista riippumaton, itsenäinen eliniän ennustaja.

Solunulkoinen DNA voi olla tulevaisuudessa hyödyllinen merkkiaine kertomaan useista terveysriskeistä. Solunulkoisen DNA:n etuna on, että se pystytään mittaamaan verestä nopeasti ja edullisesti. Menetelmä vaatii kuitenkin yhä kehittämistä ja lisää laajoja tutkimuksia.

Tällä hetkellä tutkitaan tarkemmin sitä, mikä tarkalleen ottaen on normaalin ja ongelmallisen solunulkoisen DNA:n määrän raja, ja sitä, voiko solunulkoinen DNA edesauttaa tiettyjen sairauksien kehittymistä. On silti pidettävä mielessä, että yksittäinen merkkiaine harvoin riittää kokonaisvaltaiseen terveydentilan arvioimiseen. Solunulkoisen DNA:n määrä voisi kuitenkin toimia tärkeänä osana laajempaa merkkiaineiden kokoelmaa, jolla terveyttä arvioidaan.

Lähteet:

  • Kananen, L., Hurme, M., Jylha, M., Harkanen, T., Koskinen, S., Stenholm, S., et al. (2020). Circulating cell-free DNA level predicts all-cause mortality independent of other predictors in the health 2000 survey. Scientific Reports, 10(1), 13809-020.
  • https://www.duodecimlehti.fi/duo12134
  • Jylhava, J., Lehtimaki, T., Jula, A., Moilanen, L., Kesaniemi, Y. A., Nieminen, M. S., et al. (2014). Circulating cell-free DNA is associated with cardiometabolic risk factors: The health 2000 survey. Atherosclerosis, 233(1), 268-271.
  • Jylhava, J., Nevalainen, T., Marttila, S., Jylha, M., Hervonen, A., & Hurme, M. (2013). Characterization of the role of distinct plasma cell-free DNA species in age-associated inflammation and frailty. Aging Cell, 12(3), 388-397.
  • Polina, I. A., Ilatovskaya, D. V., & DeLeon-Pennell, K. Y. (2020). Cell free DNA as a diagnostic and prognostic marker for cardiovascular diseases. Clinica Chimica Acta; International Journal of Clinical Chemistry, 503, 145-150.
  • Schwarzenbach, H., Hoon, D. S., & Pantel, K. (2011). Cell-free nucleic acids as biomarkers in cancer patients.Nature Reviews.Cancer, 11(6), 426-437.
  • Song, H., & Cheng, X. W. (2014). Circulating cf-DNA: A promising, noninvasive tool for assessment of early cardio-metabolic risk. Atherosclerosis, 233(1), 307-309.
  • van der Vaart, M., & Pretorius, P. J. (2008). Circulating DNA. its origin and fluctuation. Annals of the New York Academy of Sciences, 1137, 18-26.

Kehon eri DNA-yhteisöt ja elinikä

On yleisesti tunnettua, että perimä vaikuttaa elinikään. Perimällä viitataan yleensä solumme tumassa olevaan DNA:han, mutta kehossamme on todellisuudessa kolme hyvin erilaista DNA-yhteisöä. Nämä eri DNA-yhteisöt toimivat vuorovaikutuksessa keskenään. Vai yhden DNA-sisältöön voit omalla toiminnallasi vaikuttaa.

Perimän eliksiirit tulevat kolmessa pullossa. Kuva: Pixabay

Perimämme on kirjattu DNA-molekyyleihin. Suurin osa solujemme DNA:sta on tuman kromosomeissa olevaa DNA:ta, josta puolet perimme isältä ja puolet äidiltä. Tämän lisäksi soluissa on mitokondriaalista DNA:ta, jonka perimme yksinomaan äidiltä. Kolmannen DNA-yhteisön muodostavat suolistossamme elävät mikrobit. Nämä kolme DNA-yhteisöä muodostavat koko kehossa olevan perimän, joka puolestaan vaikuttaa sairastumisalttiuteen ja elinikään.

Kromosomit kertovat sukusi tarinan

Identtisiä kaksosia lukuun ottamatta meistä jokaisella on ainutkertainen perimä. Perimämme on syntynyt munasolun ja siittiön yhdistyessä, jolloin vanhempiemme geenit yhdistyivät muodostaen uuden yksilön. Koska ihmisellä on 46 kromosomiparia, voi näistä syntyä lukemattomia erilaisia geneettisiä yhdistelmiä uuden ihmisen aluksi.

Saamamme perimä määrää suoraan tiettyjä ominaisuuksiamme. Esimerkiksi silmien väri määräytyy geenien perusteella ilman ympäristön vaikutusta. Sen lisäksi perimä asettaa tietyt rajat useille eri ominaisuuksille, jotka eivät ole pelkästään geeneistä riippuvaisia. Sinulla voi olla esimerkiksi perinnöllinen alttius sydän- ja verisuonitaudeille, mutta jos syöt terveellisesti, liikut riittävästi ja pysyttelet normaalipainossa, ei tämä tauti välttämättä koskaan puhkea. Eliniästä geenit määräävät arviolta noin neljänneksen.

Oman perimän tunteminen voi edesauttaa myös pitkän iän tavoittelua. Mikäli suvussa kulkee esimerkiksi elintapoihin vahvasti liittyviä sairauksia, voi niitä pyrkiä välttämään terveellisillä elintavoilla. Myös suvussa mahdollisesti kulkevat syöpäriskit on hyvä tiedostaa, jolloin voi tehostaa tarkkailua esimerkiksi iho- tai rintasyövän varalta. Tulevaisuudessa geenitietoja tullaan todennäköisesti hyödyntämään yhä enemmän erityisesti sairausriskien arvioimisessa, jolloin saamme entistä tarkempaa tietoa perimästämme.

Mitokondriaalinen perimä kulkee äidiltä lapselle

Mitokondriot ovat monin tavoin poikkeuksellisia soluelimiä. Ne ovat välttämättömiä solujen toiminnalle tuottaen suurimman osan solun tarvitsemasta energiasta. Lisäksi ne ovat soluelimistä ainoita, jotka sisältävät omaa DNA:ta. Koska mitokondriot peritään äidiltä, äidin elinikä vaikuttaa isän elinikää enemmän lapsen pitkäikäisyyteen. Vaikka mitokondrioissa on tieto osalle niiden rakennusosista, suurin osa niiden perimästä on peräisin tumasta. Näin ollen myös isän perimällä on merkitystä mitokondrioiden toiminnalle.

Mitokondrion oman perimän ajatellaan olevan seurausta sen syntytavasta – uskotaan, että elämän kehittyessä aitotumallinen solu on nielaissut sisäänsä bakteerin, joka sittemmin kehittyi solun sisällä symbioosissa eläväksi mitokondrioksi. Tässä yhteistyössä mitokondrio tuottaa solulle energiaa ja solu tarjoaa mitokondriolle sopivan elinympäristön. Useat asiat tukevat tätä teoriaa: mitokondriot ovat samankokoisia kuin bakteerit, niillä on oma perimä, ja ne kykenevät lisääntymään itsenäisesti jakautumalla. Tällainen bakteerin kumppanikseen ottanut solu on ollut toiminnaltaan ylivertainen muihin soluihin nähden, ja luonnonvalinta on suosinut niiden lisääntymistä. Nykyisin kaikissa soluissamme punasoluja lukuun ottamatta on mitokondrioita.

Mitokondrioiden syntytarina selittää myös sen, miksi niiden on havaittu olevan tuman DNA:ta alttiimpia mutaatioille. Mitokondrioiden DNA:n korjauskoneisto on nimittäin huomattavasti heikompi kuin aitotumallisen solun tumassa oleva koneisto. Heikon korjauskoneiston lisäksi mitokondriot kuormittuvat oksidatiivisesta stressistä, jota syntyy energiantuotannon yhteydessä. Eläinmalleilla on havaittu, että puutokset mitokondrioiden DNA:n korjauskoneistossa lyhentävät elinikää.

Mitokondrioiden perimä voidaan jakaa sen geneettisen materiaalin mukaan eri haplotyyppeihin. Eri haplotyyppien on havaittu olevan yhteydessä useisiin sairauksiin. Kuten blogin ensimmäisessä tekstissä on kerrottu, tietty haplotyyppi voi myös edesauttaa pitkäikäisyyttä. Erikoista kyllä, eri haplotyyppien rikastuminen ikäihmisiin vaikuttaa olevan riippuvaista ihmisryhmästä – mikä lisää elinikää Suomessa, ei välttämättä tee sitä muissa maissa. Tämä ilmiö johtunee erilaisen elinympäristön lisäksi siitä, että mitokondriaalinen DNA toimii kehossa aina yhdessä elimistön muun DNA:n kanssa.

Suolistomikrobit tuovat oman perimänsä osaksi sinua

Suolistomikrobeja ovat esimerkiksi bakteerit, hiivat ja virukset, joita on kehossamme jopa noin 1,5 kiloa. Suolistomikrobien muodostamaa kokonaisuutta, mikrobiomia, voidaan sanoa myös ihmisen kolmanneksi perimäksi – jokainen mikrobi kun kantaa sisällään omaa perimäänsä. Mikrobien suuren määrän vuoksi niiden yhteenlaskettujen geenien määrä on itse asiassa suurempi kuin ihmisen perimä.

Siinä missä vanhemmilta saatu tuman ja mitokondrioiden perimä on ennalta määrätty, voi suolistomikrobien perimään osaltaan itse vaikuttaa. Uusimmat tutkimukset antavat nimittäin viitteitä siitä, että ruokavalio ja liikunta muokkaavat suolistomikrobiston koostumusta ja siten myös sen perimää. Ruokavalion osalta erityisesti ravintokuidun määrä vaikuttaa suolen mikrobisisältöön. Uusia mikrobistoa muokkaavia ravintoaineita tutkitaan kiivaasti ja tulokset vaikuttavat lupaavilta.

Kehon DNA-yhteisöt yhdessä vaikuttavat elinikään

Kehon eri DNA yhteisöt keskustelevat keskenään monin eri keinoin. Mitokondriot tarvitsevat toimiakseen paljon tuman geenien koodaamia rakennusaineita ja ne myös keskustelevat tuman kanssa proteiinien ja RNA:n avulla. Viestit eivät kuitenkaan kulje ainoastaan tumasta mitokondrioihin vaan myös päinvastoin. Solun tasapainon kannalta nämä viestit ovat olennaisia, ja muutokset viestinnässä voivat johtaa häiriöihin solun toiminnassa, vaikuttaen mahdollisesti myös solun ikääntymiseen.

Samoin viestintä mikrobiomin ja perimän välillä on olennaista kehon toiminnan kannalta. Arvellaan, että mikrobiomi voi myös osaltaan auttaa kehoa sopeutumaan vallitsevaan ympäristöön. Toistaiseksi tiedetään, että immuunijärjestelmä voi kuljettaa viestejä mikrobien ja kudosten välillä, mutta kaikkia kommunikointireittejä ei vielä tunneta. Yksi suuri tiedeuutinen viimevuosina on ollut suolistomikrobien löytyminen aivoista, joka avasi kokonaan uuden näkökulman bakteerien ja kudosten vuorovaikutukselle.

Toistaiseksi tutkimukset ovat tyypillisesti keskittyneet yhteen kehon DNA-yhteisöön kerrallaan, jolloin kehon toiminnasta tai ikääntymisestä on haastava muodostaa kokonaiskuvaa. Tiedetään kuitenkin, että kehon kaikki DNA-yhteisöt muuttuvat vanhenemisen seurauksena. Erityisesti mutaatioille altis mitokondriaalinen DNA ja ympäristöön reagoiva suolistomikrobisto muuttuvat vanhetessa, mutta myös tuman perimään kertyy sattumanvaraisia mutaatioita, jotka muuttavat perimää ja mahdollisesti myös sen toimintaa.

Tulevaisuudessa toivottavasti ymmärrämme näiden kolmen DNA-yhteisön vuorovaikutusta ja toimintaa entistä paremmin.

Lähteet:

  • Garagnani, P., Pirazzini, C., Giuliani, C., Candela, M., Brigidi, P., Sevini, F., et al. (2014). The three genetics (nuclear DNA, mitochondrial DNA, and gut microbiome) of longevity in humans considered as metaorganisms. BioMed Research International, 2014, 560340.
  • Bar-Yaacov, D., Blumberg, A., & Mishmar, D. (2012). Mitochondrial-nuclear co-evolution and its effects on OXPHOS activity and regulation. Biochimica Et Biophysica Acta, 1819(9-10), 1107-1111.
  • Forsythe, P., Kunze, W. A., & Bienenstock, J. (2012). On communication between gut microbes and the brain. Current Opinion in Gastroenterology, 28(6), 557-562.
  • Bar-Yaacov, D., Blumberg, A., & Mishmar, D. (2012). Mitochondrial-nuclear co-evolution and its effects on OXPHOS activity and regulation. Biochimica Et Biophysica Acta, 1819(9-10), 1107-1111.
  • Franceschi, C., Valensin, S., Bonafe, M., Paolisso, G., Yashin, A. I., Monti, D., et al. (2000). The network and the remodeling theories of aging: Historical background and new perspectives. Experimental Gerontology, 35(6-7), 879-896.
  • Morgan, X. C., Segata, N., & Huttenhower, C. (2013). Biodiversity and functional genomics in the human microbiome. Trends in Genetics : TIG, 29(1), 51-58.
  • Munukka, E., Ahtiainen, J. P., Puigbo, P., Jalkanen, S., Pahkala, K., Keskitalo, A., et al. (2018). Six-week endurance exercise alters gut metagenome that is not reflected in systemic metabolism in over-weight women. Frontiers in Microbiology, 9, 2323.
  • Nagpal, R., Mainali, R., Ahmadi, S., Wang, S., Singh, R., Kavanagh, K., et al. (2018). Gut microbiome and aging: Physiological and mechanistic insights. Nutrition and Healthy Aging, 4(4), 267-285.
  • Santoro, A., Salvioli, S., Raule, N., Capri, M., Sevini, F., Valensin, S., et al. (2006). Mitochondrial DNA involvement in human longevity. Biochimica Et Biophysica Acta, 1757(9-10), 1388-1399.

Geenien kopioluku ja elinikä – katseet rDNA:han

Teksti on kirjoitettu yhteistyössä Toni Jernforsin (FM, ekotoksikologi) kanssa.

Perimän vaikutus elinikään on tunnettu jo vuosikymmeniä, jollei satoja. Vähemmän tutkittu aihealue ovat sellaiset perimässä näkyvät muutokset, jotka eivät liity tiettyjen geenien olemassaoloon tai muotoon, vaan suoraan niiden määrään. Perimässämme voi tapahtua tiettyjen DNA-alueiden monistumista, ja tällä voi olla suuri merkitys terveyteen ja elinikään.

Tuoko suurempi määrä DNA:kopioita enemmän elinaikaa?

Perimässämme olevat geenit ovat pätkä DNA-juostetta, jossa on ohje tietyn tuotteen (RNA tai proteiini) valmistukselle. Samoin ribosomaalinen DNA (rDNA) on pätkä DNA-juostetta, jossa on ohje ribosomaalisen RNA:n (rRNA) valmistamiselle. Ribosomaalinen RNA puolestaan on ribosomin päärakennusosa. Lopputuotteena tästä syntyy ribosomi, joka valmistaa sinunkin soluissasi sen tarvitsemat proteiinit. Voit ajatella tätä kokonaisuutta vaikkapa Ikean huonekaluna: DNA on katalogi, jossa on ohjeet kaikkien Ikean huonekalujen kasaamiseen. rDNA on ne sivut, joissa on ohje juuri sille tuolille, jonka tarvitset . Tämän ohjeen perusteella osaat kerätä ne osat, joita kyseiseen tuoliin tarvitset. Ribosomi sitten on se valmis tuoli (jonka kasaamisen jälkeen ei jäänyt jäljelle yhtään ylimääräistä ruuvia, wau!).

Toisilla perimän kopiokone on monistanut tiettyjä alueita ahkerasti, toisilla ei

Soluissa on valtava määrä ribosomeja. Ne toimivat tehtaina, jotka valmistavat proteiineja solun tarpeisiin. rRNA muodostaa jopa 80% solussa olevasta RNAsta. Jotta solut kykenevät ylläpitämään ribosomien valtavaa määrää, on niillä oltava satoja rDNA-kopioita. Tämä mahdollistaa sen, että useita ribosomeja voidaan valmistaa solussa samanaikaisesti. Ajatellaan asiaa taas Ikean kautta – kun käytössä on yhden ohjelehtisen sijaan satoja identtisiä ohjeita, rutkasti rakennusosia ja joukkio innokkaita kasaajia, saadaan samalla kertaa aikaan satoja identtisiä tuoleja.

Ihmisillä on perimässään eri määrä rDNA-alueen kopioita. Tämä kopioiden määrä vaikuttaa suoraan siihen, kuinka nopeasti solumme voivat tuottaa proteiineja. Näin ollen rDNA:n kopioiden lukumäärä vaikuttaa myös solun ja koko kehon kykyyn sopeutua elinympäristöön.

Eliöillä rDNA:n kopioluvun on havaittu määrittävän monia yksilön ominaisuuksia. Vähäinen kopioluku on yhteydessä muuan muassa puutteelliseen kehittymiseen ja selviytymiseen, kun taas korkea kopioluku johtaa nopeaan kasvuun ja kehittymiseen. Onko siis niin, että korkean kopioluvun omaavat ihmiset ovat myös ylivertaisia pienen kopioluvun omaaviin nähden? Valitettavasti asia ei ole aivan näin yksinkertainen.

rDNA ihmisillä – liika on liikaa?

Ihmisellä rDNA kopioluvun merkitystä ei vielä tarkkaan tunneta. Toistaiseksi kuitenkin tiedetään, että ihmisellä on keskimäärin 400 rDNA-kopiota. Tämä on kuitenkin vain keskiarvo, ja kopioluku vaihtelee suuresti yksilöiden välillä. Tiedetään, että perimä määrittää suurelta osin rDNA kopioluvun, mutta muutoksia tapahtuu myös yksilötasolla.

Vauvoilla korkea rDNA kopioluku on yhteydessä nopeampaan kasvuun ensimmäisinä elinkuukausina ja kehitykseen ensimmäisen elinvuoden aikana. Toisaalta korkean kopioluvun on havaittu olevan yhteydessä Downin syndroomaan, Alzheimerin tautiin ja skitsofreniaan.

rDNA, terveys ja elinikä

Tutkimukset rDNA:n kopioluvun ja ikääntymisen välillä ovat olleet ristiriitaisia. Osassa tutkimuksista on havaittu rDNA kopioluvun vähenevän vanhenemisen myötä ja osassa tutkimuksista tällaista eroa ei ole löydetty. Tutkimukset kuitenkin antavat osviittaa siitä, että hyvin pieni tai hyvin suuri rDNA kopioluku voi olla yksilölle haitallinen ja yhteydessä monitekijäisiin sairauksiin.

rDNA:lle tyypillistä on epävakaus. Muutokset rDNA:ssa voivat johtaa sekä ribosomien vähäisempään määrään, että heikompaan laatuun. Nämä muutokset voivat suoraan heikentää solun toimintaa kiihdyttäen ikääntymistä. Toisaalta ribosomien heikentynyt toiminta on yhdistetty pidempään elinikään, ainakin hiivoilla. Tällöin solun aineenvaihdunnan aktiivisuus laskee samoin kuin elinikää tutkitusti pidentävä kalorirajoitteisessa ruokavaliossa. On myös arveltu, että rDNA voi toimia telomeerien tavoin ohjaten solun jakautumiskykyä, vaikuttaen sitä kautta solujen vanhenemiseen.

Tutkimus rDNA:n merkityksestä eliniälle on vielä alkutaipaleella. Selvää on, että rDNA on välttämätön jokaisen solun toiminnalle ja että ribosomien tuotannon lisäksi se vaikuttaa solun vanhenemiseen. Tiedetään myös, että ympäristö voi yksilönkehityksen alkuvaiheilla vaikuttaa rDNA:n kopiolukuun. Vielä ei kuitenkaan ole selvää, missä määrin aikuisella ympäristötekijät ja omat elintapavalinnat vaikuttavat rDNA:n kopiolukuun.

Lähteet:

  • Lavrinienko, A., Jernfors, T., Koskimaki, J. J., Pirttila, A. M., & Watts, P. C. (2020). Does intraspecific variation in rDNA copy number affect analysis of microbial communities? Trends in Microbiology,
  • Agrawal, S., & Ganley, A. R. (2016). Complete sequence construction of the highly repetitive ribosomal RNA gene repeats in eukaryotes using whole genome sequence data. Methods in Molecular Biology (Clifton, N.J.), 1455, 161-181.
  • Bross, K., & Krone, W. (1972). On the number of ribosomal RNA genes in man. Humangenetik, 14(2), 137-141.
  • Kobayashi, T. (2011). How does genome instability affect lifespan?: Roles of rDNA and telomeres. Genes to Cells : Devoted to Molecular & Cellular Mechanisms, 16(6), 617-624.
  • Larson, D. E., Zahradka, P., & Sells, B. H. (1991). Control points in eucaryotic ribosome biogenesis. Biochemistry and Cell Biology = Biochimie Et Biologie Cellulaire, 69(1), 5-22.
  • Porokhovnik, L. N., & Lyapunova, N. A. (2019). Dosage effects of human ribosomal genes (rDNA) in health and disease. Chromosome Research : An International Journal on the Molecular, Supramolecular and Evolutionary Aspects of Chromosome Biology, 27(1-2), 5-17.
  • Ritossa, F. M. (1968). Unstable redundancy of genes for ribosomal RNA. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 60(2), 509-516.
  • Sinclair, D. A., & Guarente, L. (1997). Extrachromosomal rDNA circles–a cause of aging in yeast. Cell, 91(7), 1033-1042.

Muistisairaudet ja elinikä – pääroolissa proteiinikertymät

Proteiinit eli valkuaisaineet ovat solulle elintärkeitä rakennuspalikoita. Proteiinit toimivat paitsi rakennusosina, myös lukemattomissa muissa tehtävissä hoitaen muuan muassa solujen viestintää. Proteiinien oikeanlainen rakenne ja sijoittuminen solussa onkin kudosten toiminnan avainroolissa. Proteiinien toiminnan häiriintyminen on yksi syy ikääntymiseen liittyvien muistisairauksien kehittymiselle.

Rakennuspalikat on syytä pitää järjestyksessä. Kuva: Pixabay.

Proteiinien toiminnan häiriöt ovat useiden vakavien sairauksien taustalla. Jo yksittäisen proteiinin puutteellinen toiminta voi olla kohtalokas selviytymisen kannalta. Havaintojen pohjalta syntyi ikääntymisteoria, joka pohjautuu juuri proteiinien toimintaan, tai tarkemmin niiden kiinnittymiseen toisiinsa muodostaen proteiinikertymiä.  

Proteiinien oikeanlainen toiminta on kehon elinehto

Proteiinit ovat soluille välttämättömiä rakennusaineita. Tämän lisäksi proteiinit ovat osallisina lähes kaikissa solun toiminnoissa mahdollistaen kommunikoinnin toimimalla solujen viestien välittäjinä ja vastaanottajina. Suurin osa elimistön entsyymeistä on proteiineja, ja ilman entsyymejä kehossa tapahtuvat aineenvaihdunnan reaktiot olisivat normaalissa kehonlämmössä niin hitaita, ettei elämä olisi mahdollista. Proteiineilla on tärkeä rooli myös kehon immuunipuolustuksessa.

Proteiinit rakentuvat aminohapoista, joita ihmiskehossa on kaksikymmentä erilaista. Aminohappoketjut muodostavat kolmiulotteisia rakenteita. Ennen kuin proteiini on toiminnallisessa, oikeassa kolmiulotteisessa muodossaan, sen tulee ensin laskostua oikein. Väärin laskostuneet proteiinit eivät toimi, ja terveet solut poistavat tällaiset toimimattomat proteiinit. Ikääntyessä proteiinien laskostuminen ja väärin laskostuneiden hallittu poisto kuitenkin häiriintyvät.

Proteiinikertymät ovat tyypillisiä muistisairauksille

Ikääntyessä proteiinikertymien määrä kasvaa. Proteiinikertymät muodostuvat tyypillisesti useamman, huonosti laskostuneen proteiinin yhteenliittymistä. Tällaisten proteiinikertymien on arveltu vaurioittavan soluja ja kudoksia edistäen näin vanhenemista.

Myös solujen kohtaama oksidatiivinen stressi saa aikaan proteiinien kertymistä. Jotta noidankehä on valmis, proteiinien kertyminen heikentää solun kykyä poistaa väärin laskostuneita proteiineja, jolloin niiden kertyminen entisestään kiihtyy.

Proteiinikertymien määrän kasvu on yksi Alzheimerin taudin tyypillisimpiä molekyylitason muutoksia. Aivojen hermosoluihin kertyy sekä solunulkoisia että -sisäisiä proteiinikertymiä, jotka johtavat hermosolujen kuolemaan ja sitä kautta kognitiivisten toimintojen (muisti, oppiminen) heikkenemiseen.

Muistisairaudet ja elinikä

Muutokset proteiinien toiminnassa vaikuttavat koko kehon toimintaan. Ikääntyessä moni toimivan proteiinin muodostumisen vaihe heikkenee: DNA:han on voinut kertyä mutaatioita, jotka muuttavat proteiinissa olevia aminohappoja. Proteiini voi laskostua väärin, ja proteiineja korjaavan koneiston toiminta heikkenee ja huonoja proteiineja ei enää poisteta yhtä tehokkaasti. Kaikki tämä edesauttaa virheellisesti laskostuneiden proteiinien liittymistä yhteen, hankaloittaen solujen toimintaa.

Proteiinikertymät voidaan nähdä vanhenemisen syynä ja seurauksena. Toimimattomat proteiinimöykyt voivat osaltaan estää soluja toimimasta normaalisti, kuten Alzheimerin taudin osalta uskotaan olevan. Toisaalta proteiinikertymät voidaan myös nähdä seurauksena siitä, että solujen oksidatiivisen stressin määrä kasvaa ikääntyessä.

Dementia ja Alzheimerin tauti olivat suomalaisten kolmanneksi yleisin kuolinsyy vuonna 2018. Muistisairauksista johtuvien kuolemien määrä on kasvanut viime vuosikymmenenä nopeasti osin väestön ikääntymisen seurauksena. Proteiinikertymien ennaltaehkäisy voisikin olla yksi avain terveempään ikääntymiseen. Nykyisin etsitäänkin hoitomuotoja, joilla yhteen liittyneiden proteiinien kertymistä voidaan ennaltaehkäistä tai vähentää.

Lähteet:

  • Bjorksten, J. (1968). The crosslinkage theory of aging. Journal of the American Geriatrics Society 16, 408-427.
  • Bjorksten, J. & H. Tenhu. (1990). The crosslinking theory of aging–added evidence. Experimental Gerontology 25, 91-95.
  • Moreno-Gonzalez, I. & C. Soto. (2011). Misfolded protein aggregates: mechanisms, structures and potential for disease transmission. Seminars in Cell & Developmental Biology 22, 482-487.
  • Musi, N., J.M. Valentine, K.R. Sickora, E. Baeuerle, C.S. Thompson, Q. Shen & M.E. Orr. (2018). Tau protein aggregation is associated with cellular senescence in the brain. Aging Cell 17, e12840.
  • Jones, R. (2010). Protein aggregation increases with age. PLoS Biology 8, e1000449.
  • Wang, D.S., D.W. Dickson & J.S. Malter. (2008). Tissue transglutaminase, protein cross-linking and Alzheimer’s disease: review and views. International Journal of Clinical and Experimental Pathology 1, 5-18.
  • Reeg, S. & T. Grune. (2015). Protein Oxidation in Aging: Does It Play a Role in Aging Progression? Antioxidants & Redox Signaling 23, 239-255.
  • Suomen virallinen tilasto (SVT): Kuolemansyyt [verkkojulkaisu]. ISSN=1799-5051. 2018. Helsinki: Tilastokeskus [viitattu: 30.6.2020].