Sama geenivirhe, eri sairaus – mitokondriotutkimus etsii syitä

Fluoresenssikuva hiiren verkkokalvosta. Sininen väri kuvaa hermosolukerroksia ja punainen tukisoluja eli gliasoluja, joiden toimintaa tutkitaan mitokondriosairauksissa.

Sama geenivirhe voi ilmetä toisella epilepsiana, toisella Parkinsonin tautina. Akatemiaprofessori Anu Wartiovaara selvittää ryhmänsä kanssa, miksi mitokondrioiden toimintahäiriöt näkyvät eri ihmisillä niin eri tavoin – ja miten niihin voitaisiin vaikuttaa. 

Mitokondrio on solun voimanlähde. Lause on jäänyt moneen mieleen yläkoulun biologian tunnilta. Joskus kuvausta mitokondrion roolista on jopa käytetty humoristisena esimerkkinä siitä, että koulussa opetetaan paljon elämälle vieraita asioita. 

Mitokondrioiden merkitys on kuitenkin kaukana turhasta, kertoo akatemiaprofessori Anu Wartiovaara. 

”Mitokondriot ovat elämämme käynnissä pitävä moottori. Todennäköisesti ilman mitokondrioita elämä ei koskaan olisi kehittynyt yksisoluisia organismeja pidemmälle.” 

Mitokondriot ovat soluissa omia kokonaisuuksiaan, joilla on oma DNA:nsa. Niiden uskotaankin kehittyneen yksisoluisista bakteereista, jotka päätyivät solujen sisälle symbioottiseen suhteeseen. 

Solussa mitokondriot säätelevät aineenvaihduntaa, eli sitä miten solu joko polttaa ravinnon sokeria ja rasvoja, kun ravintoa on vähän, tai korjaa ja rakentaa kudoksiamme, kun ravintoa on saatavilla. 

Ja tämä vaikuttaa elimistössä melkein kaikkeen. Niinpä pienetkin virheet mitokondrioiden toiminnassa voivat johtaa vakaviin aineenvaihduntasairauksiin. 

Sama geenivirhe, kymmenen eri sairautta 

Mitokondriosairaudet ovat vakavia, mutta samalla ne ovat vaikeita ymmärtää. Vaikka sairauden aiheuttava geenivirhe olisi sama, voi se ilmetä yhdellä potilaalla Parkinsonin tautina, toisella epilepsiana ja kolmannella sydänsairauksina tai lihasheikkoutena. 

Tämä kiinnostaa Helsingin yliopiston kliinisen molekyylilääketieteen professori Wartiovaaraa. 

”Mitokondrioiden tutkimus on saanut meidät kiinnostumaan siitä, miksi ylipäänsä taudit ilmenevät tietyissä kudoksissa, ja toisissa eivät.” 

Hyvän esimerkin tarjoaa vuonna 2005 löydetty MIRAS-tauti. Yhdestä ainoasta viikinkiaikana tapahtuneesta mutaatiosta periytyvä tauti vaikuttaa siihen, miten elimistö kahdentaa mitokondrioiden DNA:ta. MIRAS-tautia aiheuttavaa geenivirhettä kantaa noin joka sadas suomalainen, mutta sairastuminen edellyttää virheen perimistä molemmilta vanhemmilta. 

Sairaus ilmenee monissa muodoissa: yhdellä teini-iän epilepsiana, toisella aikuisuuden tasapaino-ongelmina ja kolmannella Parkinsonin tautina keski-iässä. Koska geenivirhe on sama, Wartiovaaran ryhmä päätteli, että eri ilmenemismuotojen syynä ovat ulkopuoliset tekijät.  

Testaamalla mahdollisia tekijöitä, ryhmä huomasi, että hermostoon vaikuttavat virusinfektiot, kuten herpes, puutiaisaivokuume ja SARS-CoV-2, edistivät taudin puhkeamista nuorena. 

Geenimuutoksen vuoksi solut eivät havaitse virusta ajoissa ja virus ehtii monistua. Tätä seuraa yliaktiivinen tulehdusreaktio, joka vaurioittaa erityisesti hermoston toimintaa hillitseviä soluja. 

”Tuloksemme viittaavat siihen, että MIRAS-epilepsia liittyy hermosoluja hillitsevien solujen vähenemiseen. Oirekuva muistuttaa virusaivotulehdusta”, Wartiovaara kertoo. 

”Mekanismissa on siis luultavasti paljon samaa.” 

Tuhansia biomarkkereita yhdestä verinäytteestä 

Wartiovaaran tutkimus kattaa koko lääketieteen kentän, sillä mitokondriotauteja on jokaisella lääketieteen erikoisalalla. Joskus tutkimusta tehdään laajojen potilastietokantojen, kuten 500 000 suomalaista kattavan FinnGenin avulla. 

Tärkeimpänä kiinnostuksen kohteena on silti molekyylitason aineenvaihdunta, eli tautien perimmäiset syyt. Niitä tutkitaan monenlaisilla tautimalleilla soluviljelmistä kärpäsiin ja hiiriin. 

Tutkimusta edistää myös mittaustekniikoiden kehittyminen harppauksin: nykyisillä menetelmillä solussa tapahtuvia biokemiallisia reaktioita voidaan mitata käytännössä reaaliajassa. 

Tästä syntyy valtavasti dataa. Esimerkiksi yhdestä kudos- tai verinäytteestä voidaan saada jopa yli tuhat erilaista molekyylimerkkiä samanaikaisesti. 

Wartiovaara kutsuu tätä metaboliseksi sormenjäljeksi. 

”Jokaisella ihmisellä tuo sormenjälki on hieman omanlaisensa, mutta terveillä ihmisillä ne muistuttavat toisiaan.” 

Pienikin geenivirhe voi muuttaa sormenjälkeä merkittävästi. Wartiovaara vertaa tilannetta kaleidoskooppiin. Solun tuhannet aineenvaihduntatuotteet ovat kuin kaleidoskoopin lasinpalasia, jotka asettuvat jokaisessa kudoksessa omaan symmetriseen kuvioonsa. Lihaksessa kuvio on toisenlainen kuin sydämessä, aivoissa toisenlainen kuin maksassa ja niin edespäin. 

”Kun sairaus iskee, se horjuttaa tätä tasapainoa ja kuvio asettuu uuteen muotoon, joka ei enää ole optimaalinen kyseisen kudoksen toiminnalle.” 

Wartiovaara ryhmineen yrittää ymmärtää, mitkä ovat ne säätelykohdat, joiden varassa kaleidoskoopin kuviot muuttuvat. 

”Jos löydämme oikeat säätelymolekyylit, voimme ehkä vaikuttaa niihin ja korjata aineenvaihdunnan kokonaisuutta kohti oikeaa muotoa.” 

Valosensoreita solujen sisälle 

Wartiovaaran tutkimusryhmään kuuluu niin lääkäreitä, biologeja kuin biokemistejäkin. Viime vuosina myös tietojenkäsittelytieteilijät ovat nousseet yhä keskeisempään rooliin. 

Ryhmä hyödyntää suurteholaskentaa monin tavoin. Ensinnäkin he käyttävät sitä mallintaakseen proteiinirakenteita ja niihin sitoutuvia sopivia molekyylejä, joita voisi käyttää biosensoreina mittaamaan aineenvaihduntatuotteiden liikkeitä elimistössä. 

Kun ryhmä haluaa selvittää, mihin jokin tietty aineenvaihduntatuote elimistössä kulkee, he pyrkivät mallintamaan, millaiseen proteiiniin tuote kiinnittyy. Sitten he käyvät läpi valtavia avoimia molekyylikirjastoja selvittääkseen, millä muilla proteiinirakenteilla olisi vastaavia sitoutumiskohtia. 

Kirjastot toimivat niin sanottujen FAIR-periaatteiden* mukaisesti, joten niistä on helppo etsiä mahdollisia molekyylejä sensoreiksi. 

”Ihanteellinen sensorimolekyyli ei vaikuta elimistön toimintaan, mutta sitoo etsimämme molekyylin ja antaa siitä merkin esimerkiksi tuottamalla valoa”, Wartiovaara selittää. 

Tällaiset molekyylit mahdollistavat elävän solun toiminnan tutkimisen. Niiden löytämiseen tarvitaan paitsi laajoja molekyylitietokantoja myös tieteen tietotekniikan keskus CSC:n tarjoamaa suurteholaskentaa, kuten esimerkiksi SD Desktop-, Puhti-, Allas- ja ePouta-palveluita. 

Sormenjäljet johtavat hoitoihin 

Suurta laskentatehoa tarvitaan myös metabolisten sormenjälkien vertailussa. Kun harvinaisista taudeista saadaan luotua aineenvaihduntaprofiileja, koneoppimisella voitaisiin verrata tuntemattomien sairauksien profiileja niihin. Tämä mahdollistaa harvinaisista taudeista saadun tiedon laajemman hyödyntämisen. 

”Jos esimerkiksi osa Parkinsonin tautia sairastavista muistuttaa metaboliselta sormenjäljeltään tunnettua sellaista mitokondriotautia, joka myös ilmenee Parkinsonin tautina, se voi ohjata hoitoa samankaltaisille tautityypeille.” 

Suurteholaskentaa tarvitaan myös biologisen datan yhdistelyssä ja analysoinnissa. Kun yhdestä kudoksesta saadaan erikseen proteiinitietoa, aineenvaihduntatuotetietoa ja geenien luentatietoa, kerroksia tulee useita ja datamäärä kasvaa valtavaksi.  

Wartiovaaran ryhmä testaa tapoja yhdistää tuota datamäärää käyttäen laskentakapasiteettia, ja jopa ennustamaan miten aineenvaihdunta todennäköisesti tapahtuu tietyssä kudoksessa ja miten se muuttuu sairauden myötä.  

Datatieteiden kehitys on mullistanut lääketieteellisen perustutkimuksen viimeisten parinkymmenen vuoden aikana, Wartiovaara kertoo. 

Miksi sama virhe näkyy eri tavoin? 

”Mitokondriot välittävät ravinnon määrän signaalia kehossamme ja muokkaavat solujemme kasvua ja energiataloutta. Näiden signaalien luonne muuttuu ensi- tai toissijaisesti kaikissa sairauksissamme.” 

Sama geenivirhe voi näkyä eri potilaissa eri tavoin. Lisäksi sen ilmenemiseen voivat vaikuttaa niin ravinto, elinympäristön myrkyt kuin virukset tai jonkinlainen yhdistelmä näitä. Niinpä mitokondriomekanismien tutkimus tuottaa valtavia datamääriä ja vaatii laskentakapasiteettia. 

”Vaikka etenemme jatkuvasti, myös uusia kysymyksiä avautuu kaiken aikaa. Siksi tämä on niin valtavan kiinnostavaa.” 

Teksti: Juha Merimaa
Kuvat: Juha Merimaa ja Anu Wartiovaaran tutkimusryhmä
11. elokuuta 2026

Lue artikkeli PDF-muodossa.