Solujen happisensorimolekyyli PHD3 edistää munuaissyöpäsolujen kasvua ja aineenvaihdunnan muutoksia (Väitös: FM Petra Miikkulainen, 18.5.2018, lääketieteellinen biokemia ja genetiikka)

​Turun yliopiston tiedote 14.5.2018

Munuaissyöpään sairastuneiden ennuste on usein huono johtuen syövän havaitsemisesta myöhäisessä vaiheessa, kun syöpä on lähettänyt etäpesäkkeitä muualle elimistöön. Munuaissyövän hoitoa hankaloittaa myös resistenssi sädehoidolle ja hoidossa käytetyille kohdennetuille lääkeaineille.

– Jotta munuaissyövän hoitomuotoja voitaisiin tehostaa, tulee ensin selvittää mikä ajaa syövän kasvua ja pahanlaatuisuutta, jolloin uusia lääkeainemolekyylejä voidaan ohjata juuri oikeisiin kohtiin syövän biologiassa, Miikkulainen toteaa.

Solujen happisensorimolekyylin, prolyylihydroksylaasi -entsyymi PHD3:n on havaittu ilmentyvän hyvin voimakkaasti kirkassoluisessa munuaissyövässä (ccRCC) ja korkea PHD3:n ilmentymistaso liittyy munuaissyöpäpotilaiden huonompaan ennusteeseen. Jo aiemmin on osoitettu, että PHD3 toimii entsyyminä hapenpuutteesta indisoituvien HIF-transkriptiofaktorien säätelyssä.

PHD3 edistää pahanlaatuista aineenvaihdunnan muutosta

Väitöstutkimuksessaan Miikkulainen osoitti PHD3:lle uusia, entsyymiaktiivisuudesta riippumattomia toimintoja, jotka muun muassa edistävät munuaissyöpäsolujen kasvua ja pahanlaatuista sokeriaineenvaihduntaa.

– Tutkimukseni tuloksista käy ilmi, että PHD3:n hiljennys johtaa ccRCC-soluissa useiden sokeriaineenvaihdunnan glykolyysi-reaktiosarjassa toimivien entsyymien sekä glukoosin kuljetukseen liittyvän proteiinin vähenemiseen proteiinintasolla, Miikkulainen kertoo.

Tutkimuksissa näytettiin myös solujen laktaatin tuotannon olevan vähentynyt PHD3:n hiljennyksen seurauksena, mikä vahvistaa solujen glykolyysin toimivan heikommin.  Glykolyysillä syöpäsolut tuottavat energiaa sekä tärkeitä rakennusaineita jatkuvan solukasvun mahdollistamiseksi.

– Syöpäsolut poikkeavat aineenvaihdunnaltaan normaalisoluista. Syöpäsolut tuottavat tarvitsemansa energian glykolyysin eli glukoosisokeria hajottavan reaktiosarjan kautta, kun taas normaalit solut käyttävät energiantuotantoon eri reaktiosarjoja, Miikkulainen sanoo.

Tämä aineenvaihdunnan muutos on yksi merkittävimmistä eroista syöpäsolujen ja normaalien solujen välillä, ja erityisesti munuaissyövät ilmentävät hyvin voimakasta glykolyyttistä aineenvaihduntaa. Miikkulaisen tutkimus osoittaa, että PHD3 edistää pahanlaatuista aineenvaihduntaa ccRCC-soluissa ylläpitämällä glykolyysin entsyymien ilmentymistä.

Tutkimuksessa hyödynnettiin proteomiikan menetelmää, joka tuottaa suuren määrän dataa solujen ilmentämistä proteiineista PHD3:n hiljennyksen seurauksena. Yhteistyössä bioinformatiikan alan tutkijoiden kanssa datasta selvitettiin proteiinit, jotka ovat tilastollisesti merkittävästi erilaiset käsiteltyjen näytteiden ja kontrollinäytteiden välillä.

– Glykolyyttisten entsyymien lisäksi proteomiikan datasta nousi esiin myös useita muita kiinnostavia proteiiniryhmiä, kuten proteiinien tuotantoon, lähetti-RNA:n säätelyyn, ohjatun solukuoleman säätelyyn sekä proteiinien solunsisäiseen liikkumiseen ja solutukirankaan liittyviä proteiineja. Tutkimuksen data on tallennettu vapaasti saatavilla olevaan arkistoon, josta se on myös kaikkien tutkijoiden käytössä, Miikkulainen lisää. 

PHD3:n korkea ilmentyvyys munuaissyöpäsoluissa edistää syövän kasvua

Munuaissyöpäsolujen aineenvaihdunnan lisäksi Miikkulainen tutki munuaissyöpäsolujen kasvua ja solun jakautumisen säätelyä. Tutkimuksessa havaittiin, että PHD3:n hiljennys aiheuttaa solukasvun hidastumisen sekä 2D- että 3D-soluviljelymallissa. Tarkemmissa tutkimuksissa PHD3:n näytettiin säätelevän solujen jakaantumista tunnetun solusyklin säätelijän p27 kautta. Nämä tulokset tarkoittavat, että munuaissyöpäsolujen korkea PHD3:n ilmentyminen edistää syövän kasvua.

– Syövän kasvua edistävät tekijät ovat usein mielenkiintoisia kohteita lääkeainekehitykselle. Oma tutkimukseni on perustutkimusta, jonka tarkoituksena on tuottaa uutta tietoa muiden tutkijoiden hyödynnettäväksi, mutta parhaimmissa tapauksissa perustutkimus voi myöhemmin johtaa uusien lääkehoitojen kehittämiseen, Miikkulainen täsmentää.

Tutkimus antaa lisäksi viitteitä, että PHD3 säätelee täysin uudella tavalla munuaissyöpäsoluille tärkeää transkriptiotekijä HIF-2α:a. Tulos viittaa siihen, että PHD3 ylläpitää HIF-2α:n ilmentymistä munuaissyöpäsoluissa, mikä on vastoin aiempaa tietämystä, jonka mukaan PHD3 osallistuu HIF-2α:n hajotukseen monissa solutyypeissä.

– HIF-2α:n uudenlainen säätely on erityisen mielenkiintoinen tulos, sillä HIF-2α:n on aiemmin osoitettu olevan yksi tärkeimmistä proteiineista munuaissyövän syntymisessä ja etenemisessä. HIF-2α:n pysyvyyden säätelyn kautta PHD3:n rooli munuaissyövässä olisi entistä merkittävämpi. Tulos voisi ainakin osittain selittää myös muita tutkimuksessa havaittuja tuloksia, kuten aineenvaihdunnan muutosta sekä kasvua, Miikkulainen pohtii.

***

FM Petra Miikkulainen esittää väitöskirjansa New functions for the cellular oxygen sensor PHD3 in clear cell renal cell carcinoma julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 18.5.2018 klo 12.00 (Turun yliopisto, Medisiina, Osmo Järvi -luentosali, Kiinamyllynkatu 10, Turku).

Vastaväittäjänä toimii professori Johanna Myllyharju (Oulun yliopisto) ja kustoksena dosentti Panu Jaakkola (Turun yliopisto). Tilaisuus on suomenkielinen.

FM Petra Miikkulainen on syntynyt vuonna 1986 ja kirjoitti ylioppilaaksi Toijalan lukiossa Akaassa vuonna 2005. Miikkulainen suoritti korkeakoulututkintonsa (FM) Turun yliopistossa vuonna 2013. Väitöksen alana on lääketieteellinen biokemia ja genetiikka. Miikkulainen työskentelee Turun yliopistossa tohtorikoulutettavana.

Väittelijän yhteystiedot: p. 02 9450 3732 petemi@utu.fi
Väittelijän kuva: https://apps.utu.fi/media/vaittelijat/miikkulainen_petra.jpg
Väitöskirja on julkaistu sähköisenä: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-7222-7