Farmaseuttisen kemian alaan kuuluva väitöskirja tarkastetaan terveystieteiden tiedekunnassa Kuopion kampuksella. Tilaisuutta voi seurata myös verkossa.
Mikä on väitöstutkimuksesi aihe? Miksi aihepiiriä on tärkeää tutkia?
Tutkimus koostui kahdesta aiheesta: sirtuiineista ja syövästä sekä mikromuovien kalvoläpäisevyydestä. Molempia tutkittiin ensisijaisesti molekyylimallinnuksen menetelmin.
Sirtuiini- ja BET-proteiinit säätelevät geenien luentaa histonien asetylaatioprosessin kautta. Molemmilla proteiiniperheillä on yhteys useisiin elimistön toimintoihin ja sairauksiin. Sirtuiinien toimintaa säätelemällä voitaisiin hoitaa tai estää eri syöpäsairauksia, mutta tähän sopivia lääkkeitä ei ole löydetty pitkään jatkuneesta tutkimisesta huolimatta. Molekyylimallinnuksen menetelmät nopeuttavat lääkeaineiden kehittämistä. Molekyylien telakoinnilla pystytään tutkimaan lääkeaineiden kiinnittymistä sirtuiinien aktiivisiin sitoutumispaikkoihin, mikä mahdollistaa potentiaalisten lääkeaineiden löytämisen. Sirtuiinien toimintaan voidaan vaikuttaa myös epäsuorasti, esimerkiksi vaikuttamalla muihin proteiineihin, jotka säätelevät sirtuiinien toimintaa ja ilmentymistä. BET-proteiinien säätelyllä on havaittu olevan vaikutus sirtuiinien ilmentymiseen eri syöpäsoluissa.
Ihmiset altistuvat mikromuoveille päivittäin, mutta niiden terveysvaikutukset ovat vielä epäselviä. Mikromuovien terveysvaikutusten tutkiminen on haastavaa, sillä niiden kulkeutumismekanismit elimistöön ovat epäselviä. Lisäksi mikromuovipartikkelien pieni määrä ja koko sekä soveltuvien menetelmien puute vaikeuttavat määrittämistä kokeellisesti. Molekyylidynamiikan keinoin voidaan tutkia mikromuovien solukalvoläpäisyä atomitasolla. Mallintamalla voidaan tutkia erilaisia muoveja nopeasti ja halvalla ja vähentää laboratoriokokeiden tarvetta. Rinnalle tarvitaan kuitenkin myös kokeellisia menetelmiä, kuten PAMPA, jotta menetelmiä voidaan verrata. Mallinnusmenetelmien ja laboratoriokokeiden tuottamia tuloksia voidaan jatkossa hyödyntää esimerkiksi keinoälyn avulla mikromuovien kulkeutumisen ennustamiseksi.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tulokset tai havainnot?
Tutkimuksessa löydettyjen, luonnosta peräisin olevien kasvifenoliyhdisteiden havaittiin sitoutuvan sirtuiineihin estäen niiden toimintaa. Näitä kasvifenoliyhdisteitä löytyy erityisesti suomalaisista marjoista. Sirtuiinien toiminta on yhteydessä tiettyihin syöpiin ja tutkimuksessa havaittiin, että fenoliyhdisteillä oli vaikutusta tiettyjen syöpäsolujen kasvuun. Muissakin kasveissa on lukuisia samankaltaisia fenoliyhdisteitä, joilla voisi olla myös vaikutuksia syövän hoidon kannalta. Luonnonmolekyyleistä voitaisiin myös muokata entistä tehokkaampia versioita.
Sekä sirtuiinit että BET-proteiinit osallistuvat asetylaatioprosessiin. Tutkimuksessa todistettiin, että eri sirtuiinien ja BET-proteiinien välillä on yhteys. Sirtuiineja suoraan sääteleviä pienmolekyylejä on löydetty vähän, joten sirtuiinien toimintaan voitaisiin vaikuttaa epäsuorasti BET-proteiinien toiminnan kautta. Näiden molempien proteiinien yhteisellä säätelyllä voisi olla synergisiä etuja muun muassa tiettyjen syöpien hoidossa.
Lyhytketjuiset muovien oligomeerit pystyivät helposti läpäisemään simuloituja solukalvoja vaikuttamatta niiden rakenteeseen merkittävästi. Tutkimuksessa havaittiin, että passiivinen kulkeutuminen voisi olla yksi tapa, jolla pienimmät muovien osaset voisivat päästä elimistöön. Tämä havaittiin sekä mallinnuksella että kokeellisella PAMPA-menetelmällä. Molemmat menetelmät voisivat olla jatkossakin käteviä muovitutkimuksessa. Alan tutkimuksessa on tarvetta uusille luotettaville ja tarkoille menetelmille, joissa ei olisi kontaminaatioriskiä ympäristöstä tai välineistä tulevista muovipartikkeleista.
Miten väitöstutkimuksesi tuloksia voidaan hyödyntää käytännössä?
Jatkossa luonnosta peräisin olevia polyfenoliyhdisteitä voitaisiin tutkia enemmän niiden mahdollisten syöpää estävien vaikutusten vuoksi. BET-proteiineja säätelevien aineiden kehittäminen mahdollistaisi epäsuoran vaikuttamisen sirtuiineihin ja näiden proteiinien yhteisvaikutus voi tarjota uudenlaisen lääkeainekombinaation syövän hoitoon.
Molekyylimallinnuksen ja PAMPA-menetelmän käyttö ja kehittäminen mikromuovitutkimukseen olisi jatkossa hyödyllistä. Pitempien muoviketjujen ja muiden kulkeutumismenetelmien tutkiminen olisi tärkeää, jotta saataisiin tarkempaa tietoa kulkeutumisen mekanismeista. Tämä lisäisi myös ymmärrystä mikromuovien merkityksestä terveydelle.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tutkimusmenetelmät ja -aineistot?
Keskeisimpänä menetelmänä tutkimuksissa oli molekyylimallinnus, erityisesti molekyylidynamiikka ja telakointi. Lisäksi laskennallisten tutkimuksien tulosten vahvistamiseen käytettiin erilaisia in vitro -menetelmiä, kuten RT-qPCR ja PAMPA. Sirtuiinitutkimukset tehtiin farmasian laitoksen sirtuiinitutkimusryhmässä. Muovitutkimuksia tehtiin osittain yhteistyössä muun muassa laitoksen toksikologien kanssa.
Proviisori Joni Järvenpään väitöskirja Molecular modeling and in vitro studies of macromolecules (Molekyylimallinnus ja in vitro -tutkimukset makromolekyyleillä) tarkastetaan terveystieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä toimii professori Björn Windshügel Fraunhofer ITMP -instituutista Saksasta ja kustoksena dosentti Maija Lahtela-Kakkonen Itä-Suomen yliopistosta. Tilaisuus on englanninkielinen.
Lisätietoja:
Proviisori Joni Järvenpää, joni.jarvenpaa@uef.fi, 0440548928
