Luusto sopeutuu liikkumistapoihin tiettyjen avainproteiinien avulla

Tuore kansainvälinen tutkimus tarjoaa uutta tietoa luun mekaanisen sopeutumisen taustalla olevista evoluutiomekanismeja ja tuo esiin useita proteiiniperheitä, jotka saattavat vaikuttaa siihen, miten luut uusiutuvat.

Selkärankaisten luut aistivat ja reagoivat jatkuvasti mekaanisiin, liikkeen ja kuormitukseen aiheuttamiin voimiin. Tätä ilmiötä kutsutaan luun mekaaniseksi sopeutumiseksi. Uusi tutkimus osoittaa, että tämä kyky ei ole muotoutunut pelkästään biomekaanisten tekijöiden seurauksena, vaan myös miljoonien vuosien aikana tapahtuneen liikkumistapojen evoluution myötä. Eri tavoin liikkuvilla lajeilla on havaittavissa selviä evolutiivisia eroja niissä geeneissä ja proteiineissa, jotka osallistuvat kuormituksen aistimiseen ja luuston uusiutumiseen.

Tutkimus toteutettiin Turun yliopiston Phylobone-tutkimusryhmässä, jota johtavat dosentti Pere Puigbò ja dosentti Miho Nakamura.

– Tuloksemme osoittavat, että liikkumisen evoluutiolla on ollut keskeinen vaikutus siihen, millainen luun mekaanista sopeutumista ohjaava molekyylikoneisto on tänä päivänä. Kaksi ratkaisevaa hetkeä ovat olleet selkärankaisten siirtyminen vedestä maalle, mikä lisäsi raajoihin kohdistuvaa painetta, sekä ihmisten kaksijalkaisuuden kehittyminen, mikä muutti käsille ja jaloille kohdistuvaa rasitusta, sanoo Puigbò.

Tutkimuksessa tunnistettiin useita niin sanottuja ei-kollageenisia proteiineja, joilla saattaa olla tärkeä rooli mekaanisten voimien välittymisessä luusoluille. Monet näistä proteiineista ovat jääneet aiemmissa luututkimuksissa vähälle huomiolle. Löydökset auttavat ymmärtämään paremmin, miten luusolut havaitsevat kuormitusta ja miten nämä mekanismit ovat kehittyneet selkärankaisten evoluution aikana.

– Solubiologian näkökulmasta tutkimuksemme nostaa esiin proteiineja, joilla voi olla keskeinen rooli luun uusiutumisessa, mutta joita ei ole aiemmin pidetty erityisen merkittävinä, lisää Nakamura.

Tutkimuksen tulokset ovat tärkeitä luun uudismuodostuksen, haurauden ja osteoporoosin ymmärtämisessä. Ne voivat myös tukea uusien, luonnollisesta luuston sopeutumisesta inspiroituneiden biomateriaalien kehittämistä.

Tutkimus korostaa useiden ei-kollageenisten proteiinien merkitystä. Yksi tutkimuksessa esiin nousseista proteiineista on Fetuin-A, joka säätelee mineraalien kertymistä luihin ja estää epänormaalia kalkkeutumista. Proteiinin säilynyt biologinen tehtävä osoittaa sen tärkeään rooliin luuston terveydessä, ja sillä saattaa olla vaikutusta myös osteoporoosiriskiin tasapainottamalla luun muodostusta ja hajoamista.

Phylobone-tutkimusryhmä, jonka tavoitteena on tutkia luun uudismuodostusta evoluution näkökulmasta, selvittää löydösten pohjalta parhaillaan, miten nämä proteiinit ohjaavat luuston sopeutumista ja luun uusiutumista.

Tutkimus tehtiin luusoluviljelmillä, ja siinä hyödynnettiin fylogeneettisiä analyysejä. Tutkimusartikkeli on julkaistu äskettäin arvostetussa Communications Biology -lehdessä, joka kuuluu Nature-julkaisusarjaan. Tutkimusta on rahoittanut Sigrid Juséliuksen säätiö ja Japan Society for the Promotion of Science.