Tutkijat löysivät mekanismin, jonka avulla solut rakentavat "minilihaksia" tumansa alle

Uusi eLife-lehdessä julkaistu Helsingin yliopiston tutkimus pureutuu stressisäikeiden muodostumisen ydinmekanismeihin ja paljastaa miten näitä ”minilihaksia” voidaan rakentaa solukorteksista, joka on tiheä aktiini-säikeistä koostuva verkosto solukalvon sisäpinnalla. Akatemiaprofessori Pekka Lappalaisen (Helsingin yliopiston Biotekniikan Instituutti) ja Helsingin yliopiston eläinlääketieteellisen tiedekunnan dosentti Sari Tojkanderin ryhmissä tehty tutkimus paljastaa miten myosiinipulssit, jotka oli aiemmin yhdistetty solujen muodonmuutoksiin yksilönkehityksen aikana, ohjaavat stressisäikeiden muodostumista solukorteksista. Tässä prosessissa NMII-myosiini, joka on lihasten supistumisesta vastuussa olevan myosiinin läheinen sukulainen, rekrytoidaan lyhytikäisenä pulssina solukalvolle. Myosiini-pulssi järjestää alun perin verkostomaisesti lomittuneet aktiini-säikeet yhdensuuntaisiksi kimpuiksi. Tämä käynnistää fokaaliadheesioiden muodostumisen aktiini-säiekimpun molempiin päihin, ja täten stressisäikeen muodostumisen solukorteksiin. Tästä syystä nämä rakenteet nimettiin kortikaalisiksi stressisäikeiksi.

– Oman tutkimusryhmämme ja ulkomaisten laboratorioiden tekemät aiemmat tutkimukset osoittivat, että stressisäikeitä voi syntyä solun etuosassa aktiini-säikeitä ja myosiinia sisältävistä esiasteista. Stressisäikeet hajoavat solun takaosassa solun liikkuessa eteenpäin. Nyt löysimme täysin uuden mekanismin, jonka avulla stressisäikeitä voidaan muodostaa paikallisesti soluissa, ja tarjoamme myös selityksen sille, miksi ’omituisia’ myosiinipulsseja esiintyy solukalvolla, Lappalainen kommentoi.

­– Oli myös yllättävää havaita, että kortikaalisten stressisäikeiden muodostumista tapahtui erityisen useasti tuman alla. Tuma suojaa ja säilyttää solun perimää, ollen samalla myös suurin soluelin. On hyvin mahdollista, että kortikaaliset stressisäikeet suojaavat tumaa tai auttavat sen liikkumisessa solun mukana, lisää tutkimuksen päätekijä, tutkijatohtori Jaakko Lehtimäki.

Nämä uudet tutkimustulokset paljastavat oleellisen tekijän stressisäikeiden työkalupakista. Kolmiulotteisessa kudosympäristössä liikkuessaan solut ilmentävät harvoin stressisäikeiden esiasteita, joita tyypillisesti nähdään soluviljelymaljalla liikkuvissa soluissa. Tästä syystä stressisäikeiden syntyminen myosiini-pulssien avulla mahdollistaa näiden supistuvien rakenteiden muodostumisen myös soluissa, jotka liikkuvat luonnollisessa kudosympäristössään. Myosiinipulsseja on myös todettu monissa eri solu- ja kudostyypeissä, joten tämä mekanismi saattaa toimia yleisenä keinona paikalliseen voimantuotantoon elimistössämme.

Myosiini ja aktiini -proteiinien rooli

Lihasten yleisimmät proteiinit ovat moottoriproteiini myosiini sekä aktiini -nimisestä proteiineista koostuvat tankomaiset säikeet. Myosiinien ”ryömiminen” aktiini-säikeitä pitkin tuottaa voiman lihaksien supistumiselle. Tällainen myosiini-välitteinen voimantuotto ei kuitenkaan rajoitu pelkästään lihaksiin, sillä myös elimistömme muiden kudosten soluissa on samankaltaisia supistuvia rakenteita. Nämä muiden solutyyppien ”minilihakset”, joita kutsutaan stressisäikeiksi, koostuvat samoista keskeisistä toimijoista (aktiinista ja myosiinista) kuin lihasten supistuvat yksiköt. Stressisäikeet ovat tärkeitä solujen kyvylle aistia ja tuottaa voimia ympäristöönsä. Stressisäikeet myös myötävaikuttavat solujen erilaistumiseen kudoksissamme.

Luustolihakset kiinnittyvät luihin jänteiden kautta, kun taas erityiset kiinnitysrakenteet, joita kutsutaan fokaaliadheesioiksi, linkittävät stressisäikeet solun ympäristöön. Näiden rakenteiden avulla stressisäikeet voivat sekä välittää voimia solun ympäristöön että tunnistaa ympäristöstä tulevia mekaanisia viestejä. Tämän lisäksi stressisäikeet ovat tärkeitä solujen erilaistumisessa, ja ne myös suojaavat tumaa solujen liikkuessa kolmiulotteisessa, rakenteeltaan hyvinkin monimutkaisessa kudosympäristössä. Näiden moninaisten tehtävien takia puutteet stressisäikeiden muodostumisessa on yhdistetty moniin häiriöihin, kuten ateroskleroosiin, erilaisiin neuropatioihin, sekä syövän etenemiseen.