Miten solut kierrättävät niiden liikkumista ohjaavan koneiston?

Solujen kyky liikkua kehossamme on välttämätöntä haavojen paranemisessa, sekä immuunisolujen partioimisessa kudoksissamme kun ne metsästävät bakteeri- ja viruspatogeenejä. Toisaalta, solujen hallitsematon liikkuminen aiheuttaa syöpien leviämistä lähiympäristöönsä ja etäpesäkkeiden muodostumista muualle elimistöön.

Solujen liikkumista ohjaava koneisto on monimutkainen, aktiini-proteiinista koostuvien säikeiden verkosto. Aktiinia on soluissa monomeerisessa muodossa, mutta näistä aktiini-monomeereista voidaan legopalikoiden tapaan koota erilaisia pidempiä säiemäisiä rakenteita. Aktiini-säikeet ovat järjestäytyneet soluissa siten, että niiden nopeasti kasvavat plus-päät ovat solukalvoa vasten, kun taas niiden miinuspäät ovat poispäin solukalvosta. Aktiini-säikeiden kasvu niiden plus-päistä työntää solukalvoa eteenpäin, ja tuottaa siten voiman solun liikkumiselle. Aktiini-säikeiden nopea kasvu soluissa vaatii riittävän määrän aktiini-monomeereja ’rakennuspalikoiksi’, ja siten aktiini-säikeitä on myös purettava nopeasti. Tämän aktiini-säikeiden purkamisen uskotaan tapahtuvan niiden miinus-päässä. Tärkeä tekijä, joka rajoittaa aktiini-säikeiden purkamisen niiden miinus-päihin on ns. Tulppaproteiini (Capping Protein), joka sitoutuu hyvin tiiviisti säikeiden plus-päihin, ja estää sekä säikeiden kasvun että lyhenemisen.

Uusi Nature Cell Biology -lehdessä julkaistu tutkimus paljastaa, että tämä solujen liikkumisen ”oppikirjakuva” vaatii päivittämistä. Helsingin yliopiston Biotekniikan instituutissa työskentelevän akatemiaprofessori Pekka Lappalaisen johtamassa tutkimuksessa paljastui, että aktiinia sitova proteiini, Twinfiliini, irrottaa tehokkaasti Tulppaproteiinin aktiini-säikeiden plus-päistä. Tämä johtaa aktiini-säikeiden purkautumiseen myös niiden "ikääntyneistä" plus-päistä, jotka eivät enää työnnä solukalvoa eteenpäin. Twinfilinin puuttuessa aktiini-monomeerien kierrätys on vähäisempää, aktiini-säikeet työntävät solun reunaa eteenpäin tehottomasti, ja solujen liikkuminen on siten hitaampaa.

"Tuloksemme viittaavat siihen, että Twinfiliini ja Tulppaproteiini muodostavat yhdessä eräänlaisen ’molekyylikellon’, joka varmistaa, että solukalvoa eteenpäin työntävillä, ’voimaa tuottavilla’ aktiini-säikeillä on saatavilla riittävä määrä aktiini-monomeereja. Toisaalta ’ikääntyneet’ aktiini-säikeet, jotka eivät enää työnnä solukalvoa eteenpäin, puretaan ”, Lappalainen sanoo.

"Tämä tutkimus osoittaa, että useiden toiminnaltaan erilaisten proteiinien yhteistyö on välttämätöntä solujen aktiini-verkostojen toiminnassa", jatkaa julkaisun pääkirjoittaja tohtori Markku Hakala.

Intensiivisestä tutkimuksista huolimatta tarkat mekanismit, joilla aktiini-monomeerit kierrätetään soluissa, ovat pysyneet hämärän peitossa. Uusi tutkimus lisää tärkeän osan tähän palapeliin paljastamalla, miten Tulppaproteiinit poistetaan aktiini-säikeiden plus-päistä, jotta ne voidaan purkaa nopeasti. Nämä havainnot luovat myös perustan jatkotutkimuksille, joissa selvitetään miten aktiini-säikeiden purkukoneiston häiriöt aiheuttavat erilaisia sairauksia ja kehityshäiriöitä.

”Muutokset Twinfilinin ilmentymisessä liittyvät moniin sairauksiin, kuten rintasyövän leviämiseen ja lymfoomien etenemiseen. Työmme valaisee siis myös molekyylimekanismeja, jotka lisäävät syöpäsolujen hallitsematonta liikkumista ”, Lappalainen toteaa.

 Tämä tutkimus tehtiin Suomen Akatemian ja Syöpäjärjestöjen rahoituksella.