Uutta tietoa alkion sydämen sykkeestä ja sydänsolujen kehityksestä

Väitös molekulaarisen lääketieteen alalta

Väittelijä: FM Sari Karppinen

Aika ja paikka: 13.1.2017 klo 12, Tietoteknian auditorio, Kuopion kampus

Filosofian maisteri Sari Karppisen Itä-Suomen yliopistossa tekemä väitöskirjatutkimus valottaa sydämen sykkeen säätelyä ja solunsisäisen kalsiumin vapautumisen merkitystä varhaisessa alkionkehityksessa.

Karppinen selvitti väitöskirjassaan, kuinka solun sisäistä kalsiumin vapautumista säädellään kehittyvissä sydänsoluissa ja kuinka spontaani kalsiumin vapautuminen puolestaan säätelee sydämen sykkeen lisäksi myös varhaisten sydänsolujen kehitystä. Tutkimuksessa käytettiin noin kymmenen päivän ikäisistä hiiren alkioista eristettyjä sydänsoluja. Hiiren kantoaika on noin kolme viikkoa.

Vaikka sydäntutkimuksella on jo pitkät perinteet, alkion sydämen syke ja sen säätely varhaisen alkionkehityksen aikana ovat vielä monelta osin pimeän peitossa. Sydän on ensimmäinen toimiva elin alkiossa. Sykkivästä soluryppäästä kehittyy nopeasti putkimainen, spontaanisti sykkivä kudos, joka kykenee ylläpitämään kehittyvän alkion verenkiertoa jo varhaisessa vaiheessa. Tämä on hyvin tärkeä ominaisuus, sillä ilman veren kuljettamaa happea ja ravinteita alkion kasvu ja kehitys pysähtyisivät nopeasti.

Väitöstyössä tutkittiin kahta eri mekanismia, jotka säätelevät alkion sydämen sykenopeutta. Endoteliini 1 (ET-1) on 21 aminohappoa pitkä peptidi, jota tuottavat verisuoniston pinta- eli endoteelisolut. ET-1:n huomattiin sekä ylläpitävän sydämen sykettä että estävän sydämen rytmihäirioitä alkionkehityksen alkuvaiheessa. Raskauden loppuvaiheessa tätä vaikutusta ei enää ollut huomattavissa. Toinen tutkimuskohde oli puolestaan solukalvolla sijaitseva kalsiumin aktivoima kaliumkanava (small conductance, calcium activated potassium channel, SK-kanava). Tutkimuksessa alkion sydänsoluista löydettiin kaksi SK-kanavan muotoa ja niiden läpi kulkeva kaliumvirta. Lisäksi huomattiin, että SK-kanavat myös säätelevät toiminnallaan solujen spontaania aktiviteettia ja solun sisäisiä kalsiumvarantoja.

Lisäksi tutkimus osoitti, että spontaani kalsiumin vapautuminen solunsisäisestä sarkoplasmaattisesta kalvostosta on tärkeä osa alkion sydämen kehitystä. Pienetkin muutokset kehittyvän sydämen kalsiumsignaloinnissa voivat aiheuttaa vakavia häiriöitä kalsiumin aktivoimissa, geenien ilmentymistä kiihdyttävissä ja estävissä reiteissä. Solujen spontaanin aktiviteetin huomattiin säätelevän sekä kehittyvien sydänsolujen rakennetta että sydänspesifisten geenien ilmentymistä.

Väitöstutkimuksen tulokset näyttävät, että pienikin muutos solujen aktiviteetissa voi saada aikaan muutoksia geenien ilmentymisessä, jolla puolestaan voi olla mullistavia vaikutuksia sydämen ja koko alkion kehitykselle. Moni sydämen kehityshäiriö johtuukin poikkeamista näissä kehityksellisesti merkittävissä geeneissä, joita säädellään väitöstyössä tutkittujen kalsiumin aktivoimien reittien kautta.

Filosofian maisteri Sari Karppisen molekulaarisen lääketieteen alaan kuuluva väitöskirja Sarcoplasmic reticulum calcium release in developing cardiomyocytes. The role in activity and development (Sarkoplasmaattisen kalvoston kalsiumin vapautuminen alkion sydänsoluissa ja sen merkitys solujen aktiviteetille ja kehitykselle) tarkastetaan Itä-Suomen yliopiston terveystieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä toimii dosentti, kardiologian erikoislääkäri Mika Laine HUSista ja kustoksena professori Pasi Tavi Itä-Suomen yliopistosta.

Sari Karppinen on syntynyt vuonna 1977 Kuopiossa ja kirjoittanut ylioppilaaksi vuonna 1996 Juankosken lukiosta. Hän on suorittanut Bachelor of Science -tutkinnon vuonna 2009 Waikaton yliopistossa Uudessa-Seelannissa ja filosofian maisterin tutkinnon vuonna 2011 Itä-Suomen yliopistossa.

Väittelijän painolaatuinen kuva on osoitteessa https://kuvapankki.uef.fi/A/UEF+kuvahakemisto/10860?encoding=UTF-8



Takaisin tämän vuoden artikkeleihin