Avainsana: geeni

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 vanhenemisen 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 vanhenemista. 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.

Geenitestit – tarpeellista vai turhaa?

Kaupallisia geenitestejä on nykyisin tarjolla kohtuulliseen hintaan. Testejä myydään monenlaisiin tarkoituksiin, ja esittelyteksteissä luvataan tietoja kaikesta maan ja taivaan välillä. Kannattaako nyt tarttua tilaisuuteen ja tilata geenitesti?

Löytääkö geenitesti elämäsi puuttuvat palaset? Kuva: Pixabay.

Ihmisen perimä, eli geenit koostuvat DNA:sta, joka on ryhmittynyt 23 kromosomipariksi. Kromosomipareista toisen saamme äidiltä ja toisen isältä. Kromosomien DNA-juosteessa puolestaan majailevat geenit. Perinteisesti geeni määritellään pätkäksi DNA-juostetta, joka sisältää tiedon proteiinin valmistamiseen. DNA:n tehtävä on siis säilöä tietoa, kun taas proteiinit ovat solun toiminnallisia yksiköitä.

Saman ihmisen jokainen tumallinen solu sisältää saman geneettisen materiaalin – geenitestillä saadaan siis sama tulos riippumatta siitä, mistä kehon solusta DNA on eristetty. Lisäksi geenimme pysyvät (mutaatioita lukuun ottamatta) muuttumattomina koko elinikämme ajan. Näin ollen geenitieto on pysyvää – perimä ei muutu.

Geenitestaus on trendikästä

Geenitestauksen menetelmät ovat tulleet hintansa puolesta yhä saavutettavimmiksi. Perustestejä myydään jo muutamalla satasella. Geenitietoa on karttunut vinhaa vauhtia heti ihmisen genomin kartoitushankkeen (Human Genome Project), joka valmistui oletetusta aikataulusta etuajassa vuonna 2003. Tämä kolmentoista vuoden massiivinen yhteistyöprojekti paljasti, että ihmisen genomissa olikin oletetun noin 100 000 geenin sijaan vain vaatimattomat noin 20 000 geeniä. Useilla kasveilla on perimässään enemmän geenejä kuin ihmisellä. Geenien määrä ei siis ole ihmisen monimutkaisen elimistön takana – olennaisempaa on, miten geenien koodaamaa tietoa hyödynnetään.

Kantaako perimäsi mukanaan ongelmia?

Jos oma perimä syystä tai toisesta huolettaa, on Suomessa tarjolla perinnöllisyysneuvontaa. Tyypillisesti syy hakeutua tähän vapaaehtoiseen neuvontaan on perinnöllisiksi tiedettyjen tai epäiltyjen sairauksien esiintyminen itsellä tai lähisuvussa. Lääketieteen tarpeisiin tehtävä geenitestaus voidaan jakaa diagnostiseen ja prediktiiviseen testaamiseen. Nimensä mukaisesti diagnostisesta geenitestistä on kyse silloin, kun perimästä etsitään syytä jo puhjenneelle sairaudelle. Prediktiivisellä geenitestauksella puolestaan etsitään perimästä riskitekijöitä tietyille sairauksille ennen niiden puhkeamista.

Markkinoilla on sekä laadukkaita testejä että huuhaata

Kun puhutaan kaupallisista, niin sanotuista viihdekäyttöön suunnatuista DNA-testeistä, on markkinoilla suorastaan runsaudenpula. Nyrkkisääntönä testeissä voisi pitää, että mitä enemmän geenitesti lupaa, sitä enemmän hälytyskellojen tulisi soida. Suomenkielisten markkinointisivustojen mainostekstit ovat varsin ympäripyöreitä jopa alalla työskentelevälle. Lisäksi monet lupauksista hämmästyttävät ja kummastuttavat pientä tutkijaa, kuten esimerkiksi harjoittelumotivaation mittaaminen DNA:sta. Sen sijaan esimerkiksi kroonisten sairauksien alttiuden arvioiminen geenivariaatioista on mahdollista, joskin vielä hyvin tulkinnanvaraista. Myös biologisen iän mittaamiseen tarjotaan erilaisia geenitestejä, jotka sinällään mittaavat ihan oikeaa asiaa, mutta tarjoavat yksittäiselle ihmiselle lähinnä viihdearvoa.

Geenisi eivät ole vain sinun – kannat mukanasi tietoa koko suvustasi

Geenitestit eroavat perinteisitä laboratoriokokeista siinä, että tiedot ovat varsin pysyviä. Itsensä testaamiseen sisältyy myös tiettyjä riskejä, joista on hyvä olla tietoinen ennen kuin näytteensä lähettää. Ongelmana kaupallisissa testeissä on mahdollisten väärien tulkintojen lisäksi erityisesti tietoturva. Usein on hankala saada selville, mille kaikille tahoille geenitietosi annetaan – tai pystyykö tätä edes luotettavasti selvittämään.

Lähettämällä DNA-näytteesi et jaa pelkästään tietoa omasta perimästäsi, vaan luovutat tiedot samalla myös lähisukulaisistasi. Kaupalliselle yritykselle lähetetty geenitesti ei siis koske vain sinua. Tilannetta voisi verrata siihen, että lataat puhelimeesi sovelluksen, jonka käyttö edellyttää, että kuvasi ovat kaikkien saatavilla – ja eivät pelkästään ne parhaat selfiet, vaan myös kaikki läheisistä ottamasi kuvat.

Geenitestit osana tulevaisuuden terveydenhuoltoa

Geenitestit ovat todennäköisesti tulevaisuudessa yhä tiiviimmin osa yksilöityä terveydenhoitoa. Testaukselle tulisi kuitenkin olla aina järkevä syy ja tietoturva-asiat kunnossa. Esimerkiksi apteekissa myytävä laktoosi-intoleranssitesti tuntuu näin perus laktoosi-intolerantikon silmissä vähän turhalta – kuka ei itse huomaisi laktoosi-intoleranssiaan ilman testiä? Toki monelle testi voi olla tärkeä selvitettäessä epämääräisempien oireiden vyyhtiä. Toisaalta tieto siitä, ettei geeneistä löydy alttiutta tietylle taudille, voi myös saada ajattelemaan, ettei taudin muistakaan riskitekijöistä tarvitse välittää.

Parhaimmillaan geenitesti voi kuitenkin auttaa ennaltaehkäisemään tai ainakin viivästyttämään sairastumista useisiin sairauksiin tai toisaalta kannustaa yksilöä välttämään omalle geeniperimälleen tyypillisten tautien riskitekijöitä. Näin ollen geenitestit voisivat auttaa meitä elämään terveempinä ja pidempään.

Lähteet:

Geeni, joka lyhensi elinikää – Suomessa

Geenien vaikutuksen elinikään on arvioitu olevan noin 20-30%, On kuitenkin löydetty myös yksittäisiä geenejä tai geenimuotoja, jotka vaikuttavat elinikään etenkin tietynlaisessa ympäristössä. Yksi tällaisista geenimuodoista on tyypillinen suomalaisille.

Joidenkin geenien toiminta kytkeytyy vahvasti ympäristöön – valitse siis reittisi hyvin. Kuva: Pixabay.

Sydän- ja verisuonitaudit ovat kehittyneissä maissa yleisin kuolinsyy. Suurelta osin tähän johtavat elintavat, erityisesti epäterveellinen ruokavalio, ylipaino ja liikkumattomuus. Myös geeniperimällä on luonnollisesti näppinsä pelissä.

Väärä geeni väärässä ympäristössä

Väärä geeni väärässä ympäristössä voi olla eliniän kannalta kriittinen yhdistelmä. Tästä on käytetty kuvaavaa vertausta: ’Geenit lataavat aseen, ympäristö painaa liipasimesta’. Suomalaisilla yksi tällainen geeni on apolipoproteiini E:n (APOE) tietty geenimuoto.

APOE on elimistön normaali lipoproteiini, joka osallistuu muun muassa rasva-aineenvaihduntaan. APOE:tä esiintyy kolmessa eri muodossa; APOE2, APOE3 ja APOE4. Näistä APOE2:n on havaittu olevan yleinen pitkäikäisillä, kun taas APOE4:n kantajat tuntuvat katoavan tutkittaessa korkeaan ikään ehtineitä ihmisiä. APOE4:n on havaittu johtavan kohonneeseen ’pahan kolesterolin’ (LDL) määrään ja altistavan sydän- ja verisuonitaudeille sekä Alzheimerin taudille. Samainen geenimuoto vaikuttaisi saavan kantajansa myös alttiimmaksi lisäsairauksille, sekä niiden yhteydessä muistin ja oppimisen heikkenemiselle.

APOE4-geenimuodon yleisyys vaihtelee paljon kansoittain. Tutkittaessa nuoria aikuisia, löytyi tätä geenimuotoa noin 10% Italiassa, Ranskassa ja Japanissa. Suomessa vastaava luku oli peräti 25%. APOE4 on siis syystä tai toisesta rikastunut Suomen alueella. Tämä yhdistettynä runsaasti kovia rasvoja sisältävään ruokavalioon ja yhä kasvavaan liikkumattomuuteen on eliniän kannalta kehno yhdistelmä.

Geenin merkitys voi vaihtua eri ympäristössä

Hassua kyllä, sama geenimuoto joka Suomessa vaikuttaa elinikää lyhentävästi, onkin tietyillä alueilla eduksi kantajalleen. Suomen tavoin APOE4 on väestössä yleinen myös Papua-Uudessa Guineassa. Tällä alueella APOE4 nimittäin suojaa malariatartunnalta. Ilmeisesti samat syyt, jotka tekevät APOE4:n kantajista tehottomia kuljettamaan rasvoja, tekevät myös malarialoision leviämisestä tehotonta. Näin ollen APOE4:n kantajat ovat paremmin turvassa taudin kehittymiseltä.

APOE-geeni on hyvä esimerkki geenien ja ympäristön tiiviistä yhteydestä. Geenin tai geenimuodon vaikutukset tulevat monesti näkyviin vain ympäristön vaikutuksesta. Sanotaankin, että geenit eivät toimi vakuumissa, vaan aina vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa. Epäsuotuisaankin geeniperimään voi osaltaan vaikuttaa omien valintojen, kuten ruokavalion ja liikunnan avulla.

Lähteet:

  • Ehnholm C, Lukka M, Kuusi T, Nikkila E, Utermann G: Apolipoprotein E polymorphism in the Finnish population: gene frequencies and relation to lipoprotein concentrations. J Lipid Res 1986, 27(3):227-235.
  • Ewbank DC: The APOE gene and differences in life expectancy in Europe. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2004, 59(1):16-20.
  • Ryu S, Atzmon G, Barzilai N, Raghavachari N, Suh Y: Genetic landscape of APOE in human longevity revealed by high-throughput sequencing. Mech Ageing Dev 2016, 155:7-9.
  • Fujioka H, Phelix CF, Friedland RP, Zhu X, Perry EA, Castellani RJ, Perry G: Apolipoprotein E4 prevents growth of malaria at the intraerythrocyte stage: implications for differences in racial susceptibility to Alzheimer’s disease. J Health Care Poor Underserved 2013, 24(4 Suppl):70-78.
  • Christensen K, Johnson TE, Vaupel JW: The quest for genetic determinants of human longevity: challenges and insights. Nat Rev Genet 2006, 7(6):436-448.