Ihmisen varhaisista vaiheista uutta tietoa – alkioiden perustutkimuksesta vahva pohja parempien hedelmättömyyshoitojen kehittämiseen

3.8.2021
Suomessa on aloittanut alkiotutkimusta tekevä tutkimusryhmä, joka on ensimmäistä kertaa kartoittanut kattavasti ihmisen genomin toimintaa sääteleviä lyhyitä RNA-molekyylejä alkionkehityksen aikana. Ihmisen munasoluista ja alkioista saatava tieto auttaa ymmärtämään raskaudenaikaisia ongelmia ja kehittämään tehokkaampia hedelmättömyyshoitoja.

Ihmisen varhaisen alkion kehityksestä tiedetään vasta vähän. Hedelmöityksen jälkeen äidin munasolun ja isän siittiön perimäaines yhdistyvät, ja ne muodostavat alkion genomin. Parin päivän jälkeen hedelmöityksestä, kun alkiossa on neljä solua, alkion genomi on jo käynnissä – ja se tuottaa ensi kertaa lukuisia RNA-molekyylejä.

Vain noin kaksi prosenttia ihmisen genomista koostuu proteiinia koodaavista geeneistä ja loput, noin 98–99 prosenttia genomista on niin sanottua ”ei-koodaavaa” genomia. Ei-koodaavasta genomista tuotetaan RNA-molekyylejä, jotka säätelevät koko genomin toimintaa.

Ihmisalkioiden proteiineja tuottavia RNA-molekyylejä on tutkittu aiemmin, mutta ei-koodaavia RNA-molekyylejä on sen sijaan tutkittu hyvin vähän.

Nyt Helsingin yliopiston ryhmä on kartoittanut tarkemmin alkion genomin toimintaa sääteleviä lyhyitä ei-koodaavia RNA-molekyylejä. Tutkijat selvittivät, millaisia noin 18–30 nukleotidin pituisia RNA-molekyylejä munasoluissa ja alkioissa on eri kehitysvaiheissa.

– Olemme ensimmäistä kertaa tunnistaneet ihmisen eri kypsymisasteisten munasolujen, hedelmöittyneiden munasolujen sekä varhaisten alkioiden lyhyet, ei-koodaavat RNA-molekyylit sekvensoinnin avulla sekä selvittäneet niiden molekyylitason muokkausta alkioissa. Tämä on tärkeä etappi, jotta voimme ymmärtää alkion kehittymistä paremmin, kertoo alkiotutkimusta tekevän ryhmän johtaja, FT Sanna Vuoristo Helsingin yliopistosta.

RNA-molekyyliryhmien määrät muuttuvat genomin aktivoituessa

Tutkijat havaitsivat, että suuri osa ihmisen munasoluissa olevista lyhyistä RNA-molekyyleistä kuuluu molekyyliryhmään, joka tunnistettiin vasta äskettäin ihmisen ja kädellisten munasoluista.

– Näitä munasoluperäisiä RNA-molekyylejä (”oosyytti piRNA”) ei tavata esimerkiksi mallieläimenä käytetyssä hiiressä, Vuoristo sanoo.

Kun hedelmöittyneen munasolun kehitys etenee, ja alkion oma genomi aktivoituu, oosyytti piRNA:iden määrä vähenee dramaattisesti ja paremmin tunnettujen mikro-RNA:iden (miRNA) osuus alkiossa lisääntyy.

– Näyttääkin siltä, että genomin aktivoituessa myös miRNA:iden tuotto alkion omasta genomista käynnistyy, Vuoristo sanoo.

Tutkimusryhmä havaitsi myös, että erityisesti hedelmöittyneessä munasolussa miRNA-molekyylejä muokataan lisäämällä molekyylin toiseen päähän yksi tai useampi adeniini-emäs.

– Adeniinien lisääminen todennäköisesti vaikuttaa siihen, kuinka kauan nämä molekyylit säilyvät alkiossa, sanoo artikkelin ensimmäinen kirjoittaja, FM Pauliina Paloviita.

– Näillä molekyyleillä on todennäköisesti tärkeä merkitys esimerkiksi tiettyjen genomin alueiden hiljentämisessä ja alkion solujen erilaistumisessa, Vuoristo lisää.

Muokattujen miRNA-molekyylien osuudet emäksittäin munasolujen kypsymisen ja varhaisen alkiokehityksen aikana.

Muokattujen miRNA-molekyylien osuudet emäksittäin munasolujen kypsymisen ja varhaisen alkiokehityksen aikana. MiRNA-molekyyleihin voidaan lisätä adeniinia (A), sytosiiniä (C), guaniinia (G) tai urasiiliä (U).

 

Perustutkimuksen avulla parempia alkiodiagnostisia menetelmiä

Ihmisen munasoluista ja alkioista saatu tieto voi auttaa meitä ymmärtämään paremmin esimerkiksi varhaisten keskenmenojen syitä tai raskauteen liittyviä komplikaatioita.

Lisäksi perustutkimuksesta saatava tieto auttaa kehittämään parempia ja tarkempia alkiodiagnostisia menetelmiä, joiden avulla hedelmättömyyshoitojen tuloksia voidaan parantaa.

Tutkimuksella on tärkeä yhteys myös kantasoluissa tehtäviin kokeisiin: alkiotutkimuksen avulla voidaan ymmärtää aiempaa paremmin, kuinka alkioista peräisin olevia kantasoluja voidaan erilaistaa toisenlaisiksi soluiksi.

Vuoristo kertoo, että Suomessa on kaikki edellytykset laadukkaan ihmisen alkiotutkimuksen tekemiseen.

– On erittäin arvokasta, että hedelmättömyyshoidoissa olleet henkilöt ja pariskunnat ovat luovuttaneet näytteitä tutkimuskäyttöön. Se on edellytys sille, että voimme tehdä alkiotutkimusta, Vuoristo kiittää.
 

Alkuperäinen artikkeli:
Pauliina Paloviita, Christel Hydén-Granskog, Dawit A. Yohannes, Priit Paluoja, Juha Kere, Juha S. Tapanainen, Kaarel Krjutškov, Timo Tuuri, Urmo Võsa, Sanna Vuoristo. Small RNA expression and miRNA modification dynamics in human oocytes and early embryos. Genome Research, 2021. DOI: 10.1101/gr.268193.120
 

Lisätietoja:

Sanna Vuoristo, FT, Helsingin yliopisto
Puh. 09-471 71730
sanna.vuoristo@helsinki.fi
Twitter: @funcembryomics