Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta

 

Uusimmat julkaisut

  • Hirvonen, Jonni (Helsingin yliopisto, 2018)
    Aistien ja liikkeiden välinen vuorovaikutus on yksi aivojen tärkeimmistä toiminnoista. Mielekkäiden liikkeiden tuottaminen vasteena ärsykkeen tietoiselle havainnolle vaatii useiden aivokuoren alueiden välistä toimivaa yhteydenpitoa. Ihmisillä näitä hermostollisia tapahtumia voidaan mitata turvallisesti kallon ulkopuolelta esimerkiksi tallentamalla hermosolujoukkojen tuottamaa sähkö- tai magneettikenttää aivosähkö- ja aivomagneettikäyrinä (EEG ja MEG). Kun aivotoimintaa mitataan EEG:llä tai MEG:llä samaan aikaan kun koehenkilö suorittaa kokeellista tehtävää, on mahdollista eristää ne hermostolliset ilmiöt, jotka liittyvät kiinteästi yhteen tietoiseen havaintoon ja liikkumiseen. Tässä väitöskirjatyössä MEG-mittaukset on yhdistetty edistyneisiin data-analyysimenetelmiin, jotka mahdollistavat aivokuoren hermostollisten oskillaatioiden eli aivorytmien merkityksen selvittämisen tietoisessa aistihavainnossa, sitä seuraavien liikkeiden synnyssä sekä skitsofrenian aiheuttamissa puutteissa. Väitöskirjaani liittyvissä tutkimuksissa I ja II selvitin mitkä aivokuoren paikalliset ja pitkän matkan hermostolliset ilmiöt liittyvät tietoiseen tuntoärsykehavainnointiin. Näihin tutkimuksiin liittyvissä kokeissa terveille koehenkilöille annettiin etusormenpäihin niin heikkoja ärsykkeitä, että toisinaan he havaitsivat ne ja toisinaan eivät, vaikka ärsykkeen vahvuus oli aina sama. Kokeen kanssa yhtäaikaisesti mitattu MEG ja sitä seuraava lähdemallinnus osoittivat, että ärsykkeiden havainnointi oli yhteydessä samanaikaisesti vahvistuneeseen herätevasteeseen ja vaihelukitukseen kuin myös värähtelylaajuudenmuutoksiin. Kaikkein selkein näistä reaktioista oli oskillaatioiden vaihelukittuminen alfa-taajuuskaistassa (6-10 Hz). Vaihelukituksen vahvuus ja vähemmissä määrin myös herätevasteiden suuruus aivokuoren tuntoaisti-, etulohkon lateraali- ja mediaalipinnoilla sekä päälaenlohkon takaosissa että aivovyössä olivat selvästi yhteydessä ärsykkeen tietoisen havaitsemisen kanssa. Lisäksi ärsykkeen havaitseminen ja sen kertominen käden liikkeellä oli olennaisesti yhteydessä pitkän matkan synkronian pysymisessä delta/teeta- (3-7 Hz) ja gamma- (40-60 Hz) taajuuskaistoilla. Datapohjaisen verkostoanalyysin avulla sain selville, että tämä synkronia yhdisti dynaamisesti tehtävissä olennaiset verkostot aivojen etuotsalohkoilla, päälaella ja aisti- sekä liikeaivoalueilla. Lisäksi tämän eri aivokuoren alueiden välisen synkronian vahvuus ja ajallinen muoto korreloivat koehenkilöiden vastausaikojen kanssa. Nämä tulokset näyttivät toteen sen, että nopea oskillaatiovaiheiden uudelleenjärjestäytyminen ja samanaikaiset amplitudien muutokset tietyillä aivoalueilla ovat merkittävässä roolissa tietoisen päätöksenteon ja sitä seuraavien liikkeiden synnyssä. Näiden ohella tuloksista kävi ilmi, että tietoinen aistihavainto on riippuvainen pitkän matkan synkroniasta delta/teeta- ja gamma-taajuuskaistoissa. Tämän väitöskirjan kolmannessa tutkimuksessa tutkin, voisivatko puutteet aivokuoren pitkän matkan synkroniassa olla taustalla skitsofreniasta kärsivien potilaiden vaikeuksissa havaita epäyhtenäisten näköärsykekuvioiden kokonaisia rakenteita. Tätä varten analysoin sekä terveiden koehenkilöiden että skitsofreniasta kärsivien potilaiden MEG-dataa, joka on mitattu epäyhtenäisistä kasvoista koostuvan kuva-arvoitus tehtävän ratkaisemisen yhteydessä. Tiedetään, että skitsofreniasta kärsivien on hankala erottaa kasvoja vaillinaisista piirteistä. Aivokuoren pitkän matkan oskillaatiosynkronia oli potilailla oleellisesti heikompi kuin terveillä koehenkilöillä eritoten gamma-taajuuskaistassa näköaivokuorella sekä etuotsalohkon että päälaen tarkkaavaisuudesta vastaavilla alueilla. Kaiken lisäksi synkronia oli sitä heikompi mitä vakavammasta sairaudenkuvasta oli kyse. Näin ollen nämä väitöskirjani tulokset osoittavat, että suuret puutteet aivokuoren eri alueiden yhteydenpidossa luonnehtivat skitsofreniaa hermostollisena oskillopaattisena sairautena.
  • Penttilä, Sini (Helsingin yliopisto, 2018)
    Tämän tutkimuksen tavoitteena oli kuvata LOSMoN-taudin eli myöhään alkavan spinaalisen motoneuronitaudin geneettinen tausta. LOSMoN, joka sittemmin nimettiin Jokela-tyypin spinaaliseksi lihasatrofiaksi (SMAJ), on suhteellisen lievä, autosomissa vallitsevasti periytyvä alemman motoneuronin sairaus. Tauti alkaa 30-40 vuoden iässä, ja sen alkuoireita ovat kivuliaat lihaskrampit ja lihasnykinät, joita esiintyy proksimaalisesti ja distaalisesti sekä ala- että yläraajoissa. Tauti on hitaasti etenevä, ja se johtaa lihasten heikkouteen sekä lievään tai keskivaikeaan lihasten surkastumiseen myöhäisellä iällä. SMAJ tunnistettiin alun perin kahdessa itäsuomalaisessa perheessä. Koko genomin kartoituksessa näiden perheiden taudin havaittiin kytkeytyvän kromosomialueeseen 22q11.2-q13.2. Tautiin kytkeytyvä haplotyyppi oli molemmissa perheissä samanlainen, mikä viittaa siihen, että perheiden taudilla on yhteinen alkuperä. Tämä perustajavaikutus saatiin vahvistettua, kun tutkimuksessa löydettiin muita, alkuperäisiin perheisiin kuulumattomia potilaita, joilla oli sama tautiin kytkeytyvä haplotyyppi. Taudin aiheuttava mutaatio, CHCHD10-geenin muutos c.197G>T p.G66V, löydettiin koko genomin sekvensoinnilla. Kyseinen mutaatio havaittiin kaikilta siihen mennessä tunnistetuilta 55 SMAJ-potilaalta, jotka kuuluivat 17 eri perheeseen. Samaan aikaan CHCHD10-geenin muiden vallitsevasti periytyvien mutaatioiden kuvattiin aiheuttavan erilaisia neurologisia sairauksia. CHCHD10 oli ensimmäinen mitokondriaalista proteiinia koodaava geeni, jonka on kuvattu aiheuttavan spinaalista lihasatrofiaa. CHCHD10¬-geenin mutaatioiden yleisyyttä ja niiden aiheuttamia tauteja selvitettiin suomalaisille neuromuskulaaritautipotilaille toteutetussa seulontatutkimuksessa. Ainoa tutkimuksessa havaittu mutaatio oli c.197G>T p.G66V, ja kaikkien sitä kantavien potilaiden taudinkuva vastasi SMAJ:a. Mutaation c.197G>T p.G66V yleisyydeksi Suomessa arvioitiin noin 4/100 000, mikä tarkoittaa noin 200 oireista SMAJ-potilasta. Tämä tutkimus osoitti, että SMAJ on geneettisesti erillinen tauti, joka johtuu vallitsevasti periytyvästä CHCHD10-geenin c.197G>T p.G66V –mutaatiosta. Tutkimuksen tulosten myötä SMAJ:lle on voitu kehittää geenitesti, jonka avulla potilaat voivat saada taudilleen oikean diagnoosin ja ennusteen. Genotyypitystulokset osoittivat, että c.197G>T p.G66V on perustajamutaatio suomalaisväestössä. Tämän tutkimuksen perusteella SMAJ on Suomessa suhteellisen yleinen tauti. SMAJ on selvästi yleisin CHCHD10-geeniin liitetyistä taudeista, ja Suomessa se on mahdollisesti yleisin SMA:n muoto. Koska SMAJ:a ei ilmeisesti esiinny muissa väestöissä, sitä voidaan pitää osana suomalaista tautiperintöä.
  • Paetau, Sonja (Helsingin yliopisto, 2018)
    The human brain continues to fascinate generation after generation of neuroscientists. Our knowledge is expanding at an accelerating rate, yet the details of memory formation and information processing remain an enigma. The purpose of this work has been to provide novel insights into how the brain operates on a molecular level, with the focus on one particular protein, the intercellular adhesion molecule (ICAM)-5. The human brain is more than just the sum of its components. It is fundamental that the different cell types that reside in the brain work together in perfect harmony, each playing their own role, still in tune with each other. In this dissertation I have investigated the ICAM-5 mediated communication between neurons and the resident immune cells of the brain, the microglia. First, we identified a molecular mechanism, by which ICAM-5 plays a role as a negative regulator of spine maturation. In the young spine, ICAM-5 competes with glutamate receptors for binding to the cytoskeletal anchor �-actinin. Synaptic transmission induces a cleavage of the extracellular ICAM-5, and the maturation process of the spine is allowed to proceed. Next, we showed that the consequentially solubilized fragment of ICAM-5 is bound by microglia and affects them. Soluble ICAM-5 inhibits phagocytosis and promotes an anti-inflammatory phenotype in immune challenged microglia. Taken together, these results suggest that ICAM-5 is a versatile molecule that plays a role in synaptic maturation and immunology. It is tempting to speculate on a role for ICAM-5 in synaptic pruning, however this line of research remains in the future scope for now.
  • Mäntynen, Sanna (Helsingin yliopisto, 2018)
    Polyklooratut dibentso-p-dioksiinit ja dibentsofuraanit (PCDD/F) ovat erittäin myrkyllisiä, sedimentteihin ja maaperään kertyviä yhdisteitä. PCDD/F-yhdisteet ovat merkittävä ympäristö- ja terveysriski, koska ne ovat pysyviä ympäristössä ja voivat kertyä eliöihin. PCDD/F-yhdisteiden on mahdollista hajota mikrobiologisella kloorinpoistolla anaerobisissa olosuhteissa hitaassa reaktiossa, jossa muodostuu klooria vähemmän sisältäviä yhdisteitä. Kymijoen pohjasedimenteissä esiintyy PCDD/F-yhdisteitä ja muita orgaanisia klooriyhdisteitä laajalla alueella korkeissa pitoisuuksissa. Suurimpana lähteenä joen PCDD/F-yhdisteille on ollut vuosina 1940-1984 puunsuoja-aineena käytetyn kloorifenolituote Ky-5:n valmistusprosessi, jossa nämä yhdisteet ovat syntyneet sivutuotteena. Haitallisimmilla 2,3,7,8-PCDD/F-yhdisteillä saastuneiden jokisedimenttien kokonaismäärän Kuusankosken ja Suomenlahden välillä on arvioitu olevan noin 5 000 000 m3 sedimenttiä. Kymijoki on suurin yksittäinen PCDD/F-yhdisteiden päästölähde Itämereen. Työn tavoitteena oli lisätä tietoutta Kymijoen sedimenttien sisältämistä PCDD/F-yhdisteistä. Tarkoituksena oli tutkia joen sedimentteihin kertyneiden PCDD/F-yhdisteiden mahdollista hajoamista anaerobisella mikrobiologisella kloorinpoistoreaktiolla. Sedimenttinäytteet kerättiin Kymijoelta 0 km:n, 20 km:n, 30 km:n ja 60 km:n etäisyydellä saastuneimmasta paikasta Kuusankoskelta sekä vertailupaikalta. Anaerobiset mikrokosmoskokeet suoritettiin kloorinpoistopotentiaalin sekä lämpötilan vaikutuksen tutkimiseksi malliaineeksi lisätyllä 1,2,3,4-tetraklooridibentsofuraanilla (1,2,3,4-TeCDF). Näytteistä määritettiin joen sedimentteihin kertyneiden 2,3,7,8-PCDD/F-yhdisteiden pitoisuudet sekä klooriyhdisteitä hajottavien mikrobien esiintyvyyttä sedimentissä. Kymijoen kaikilta tutkimusalueilta määritetyissä näytteissä 2,3,7,8-PCDD/F-yhdisteitä esiintyi huomattavan korkeissa keskiarvopitoisuuksissa. Kaikilla tutkimusalueilla suurimpina pitoisuuksina PCDD/F-yhdisteistä esiintyivät 1,2,3,4,6,7,8-HpCDF, 1,2,3,4,6,8,9-HpCDF ja OCDF. Joen sedimenteistä määritetty PCDD/F-yhdisteiden pitoisuusprofiili oli samanlainen kuin Ky-5-tuotteessa. Tutkimuksessa havaittiin 1,2,3,4-TeCDF-yhdisteen kloorinpoistoa sekä samanaikaisesti tri-, di- ja monokloorattujen furaanien muodostumista mikrokosmoksissa. 1,2,3,4-TeCDF:sta muodostui hajoamistuotteena eniten 1,3,4-TrCDF:a, josta muodostui edelleen 1,3-DiCDF:a. Huoneenlämpötilaa (21 ○C) viileämpi lämpötila hidasti merkittävästi 1,2,3,4-TeCDF:n kloorinpoistoa, minkä perusteella voidaan arvioida PCDD/F-yhdisteiden hajoamisen hidastuvan joen sedimenttien in situ lämpötiloissa. Kloorinpoistoon kykeneviä Dehalococcoides-ryhmään kuuluvia Chloroflexi mikrobeja tunnistettiin kaikilla tutkimus- ja vertailupaikoilla. Tutkimuksessa määritetyn 1,2,3,4-TeCDF:n hajoamisreitin perusteella voidaan päätellä, ettei mahdollinen kloorinpoistoreaktio tuota haitallisimpia 2,3,7,8-substituoituja yhdisteitä. Tulokset osoittivat, että joen sedimenttien 2,3,7,8-PCDD/F-yhdisteiden pitoisuudet ovat säilyneet samalla tasolla useiden vuosikymmenten ajan. Lisäksi tutkimuksen aikana ei tapahtunut merkittäviä muutoksia PCDD/F-yhdisteiden suhteellisissa osuuksissa 2,5 vuoden aikana mikrokosmoksissa. Näiden tulosten perusteella tutkimuksessa ei havaittu sedimentteihin kertyneiden PCDD/F-yhdisteiden mikrobiologista hajoamista kloorinpoistoreaktiolla Kymijoen sedimenteissä. Pitoisuuksien voidaan olettaa säilyvän ennallaan sedimenteissä useiden vuosikymmenten ajan sekä mahdollisesti vähitellen kulkeutuvan sedimentin mukana Itämereen.
  • Immanen, Juha (Helsingin yliopisto, 2018)
    Hiilenkierto ja kasvit ovat mahdollistaneet nykymuotoisen elämän maapallolla. Kasvit ovat autotrofisia (omavaraisia) elämänmuotoja, jotka pystyvät yhteyttämisen avulla muodostamaan ilmakehän hiilidioksidista sokeria ja happea. Heterotrofiset (toisenvaraiset) elämänmuodot, kuten ihmiset, ovat täysin riippuvaisia kasvien ja syanobakteerien tuottamasta energiasta ja hapesta. Kasvit ovat myös erittäin tärkeitä ihmiskunnan taloudelle. Maa- ja metsätalous ovat suurta maailmanlaajuista liiketoimintaa, jonka arvo on yli 3 biljoonaa Yhdysvaltain dollaria. Kasvin johtosolukot kehittyvät jällestä. Johtosolukot antavat kasville sen fyysisen muodon ja tukirakenteen sekä huolehtivat kasvuun tarvittavan veden, ravinteiden ja muiden aineiden kuljetuksesta erilaisten solukoiden välillä. Nila kuljettaa lehdistä ravinteet, kuten sokerit ja aminohapot erilaisiin solukoihin, kuten esimerkiksi juuriin. Puuaines (ksyleemi) kuljettaa vettä juurista muihin solukoihin, kuten lehtiin ja antaa kasville tukirangan. Puut ovat erityisen tärkeitä eliöitä erilaisissa ekosysteemeissä. Noin 31% maapinta-alasta eli yli 4 miljardia hehtaaria on erilaisten metsien peitossa. Metsillä on merkitystä hiilen sitomisessa, hapen muodostuksessa, maailman laajuisessa veden kierrossa ja maaperän eroosion ehkäisyssä. Puubiomassa on arvokas ja uudistuva luonnonvara niin energiaksi kuin raaka-aineeksi erilaisiin tarkoituksiin. Puut ovat oiva kohde jällen yksityiskohtaiseen tutkimukseen suuren kokonsa vuoksi. Puun kehityksen ja kasvun hormonaalisen säätelyn tunteminen olisi hyvin tärkeää, jotta voitaisiin tehostaa metsien kasvua. Tehostettu metsä- ja maatalous pystyisi tulevaisuudessa tuottamaan tarvittavan määrän energiaa, ravintoa ja raaka-aineita paljon pienemmällä käytettävällä maapinta-alalla, jotta luonnontilaiset metsät voisivat olla rauhassa. Sytokiniinit ovat tärkeitä kasvun säätelijöitä, joskaan eivät ainoita. Olemme ensimmäisinä tutkijoina raportoineet sytokiniini-viestintäreitin ja kyseisen hormonin homeostasiaan vaikuttavat geenit haavan sukuisessa puussa (Populus trichocarpa). Analysoimme sytokiniini-kasvihormonin jakaumaa ja koko genomin laajuista geenien ilmentymistä aikaisempia tutkimuksia tarkemmalla erottelukyvyllä koko jälsivyöhykkeen läpi. Mielenkiintoisena, jonkinlaisena yllätyksenä havaitsimme, että lisäämällä geeniperäisesti sytokiniinien määrää myös jällen auksiinin määrä lisääntyy huomattavasti. Tulimme siihen johtopäätökseen, että ainakin sytokiniinit ja auksiini yhdessä vaikuttavat jällen kehitykseen ja puun paksuuskasvun nopeuteen ja eri hormonien yhteisvaikutuksien jatkotutkimus olisi erityisen tärkeää. Pystyimme myös osoittamaan, että sytokiniinilla ja auksiinilla on hieman toisistaan poikkeavat toiminnalliset vyöhykkeet. Sytokiniinit (ja sytokiniiniviestintä) ovat runsainta nilan puolella jälttä, kun taas auksiinivyöhyke on ksyleemin (puun) puolella jälttä (molemmat hormonit ovat voimakaasti läsnä jällessä). Olemme myös pystyneet muuttamaan (lisäämään ja vähentämään) jällen aktiivisuutta (muuttamalla sytokiniin määrää jällessä) ja siten vaikuttaneet tutkittavien puiden kasvuun. Lisäämällä geeniperäisesti jälsivyöhykkeen sytokiniinien määrää, havaitsimme huomattavaa puun paksuuskasvun lisääntymistä kasvihuoneolosuhteissa.
  • Eldfors, Samuli (Helsingin yliopisto, 2018)
    Leukemiat ovat valkosolujen esi-asteiden syöpiä, jotka aiheutuvat soluihin muodostuvista mutaatioista. Somaattiset mutaatiot ovat hankinnaisia DNA:n muutoksia, joita syntyy soluihin ikääntymisen aikana. Somaattiset mutaatiot muuttavat solujen DNA:ta ja voivat johtaa solujen muuntautumiseen syöpäsoluksi niiden kohdistuessa syövän kehittymiseen vaikuttaviin geeneihin. Syöpää aiheuttavien geenien mutaatiot voidaan tunnistaa DNA:n sekvensointimenetelmillä. Tunnistettuja syöpämutaatioita voidaan käyttää leukemioiden diagnosoinnissa ja hoidon valinnassa. Tutkimuksen tavoitteena on tunnistaa leukemiaa aiheuttavia mutaatioita kolmessa leukemia tyypissä. Tutkimuksessa käytettiin uuden sukupolven DNA sekvensointia sekä laskennallisia menetelmiä mutaatioiden tunnistamiseen ja analysointiin. Väitöskirjan ensimmäisessä osa-julkaisussa todettiin aiemmin tuntematon STAT3-geenin mutaatio 40 %:lla suurten granulaaristen lymfosyyttien leukemiaa (LGL leukemia) sairastavista potilaista. Tunnistetut STAT3-geenin mutaatiot johtavat yliaktiivisen, mutatoituneen Stat3 proteiinin ilmentymiseen ja geenisäätelyn häiriintymiseen tavalla, joka edesauttaa LGL leukemian kehittymistä. Tutkimustulosten pohjalta STAT3 geenin mutaatioita voidaan hyödyntää LGL leukemian diagnosoinnissa. Toisessa osa-julkaisussa tutkimme somaattisia mutaatioita, poikkeavaa geeniekspressiota ja lääkeaineherkkyyksiä relapsoituneessa TCF3-PBX1 fuusiogeeni mutaation aiheuttamassa akuutissa lymfaattisessa leukemiassa (ALL). Relapsoituneen indeksi potilaan leukemiasolut olivat poikkeuksellisen herkkiä fosfoinositidi-3-kinaasi-delta-estäjä idelalisibille. Idelalisib on käytössä kroonisen lymfosyyttisen leukemian hoidossa. Idelalisib-herkkyys voitiin todeta myös TCF3-PBX1 positiivisissa leukemia solulinjoissa. Tuloksemme osoittavat idelalisibin olevan lupaava lääke relapsoituneen TCF3-PBX1 positiivisen ALL:n hoitoon. Kolmannessa osa-julkaisussa tutkimme mutaatioita, jotka liittyvät hoitoresistenssin kehittymiseen akuutissa myelooisessa leukemiassa (AML). AML:ää hoidetaan monisolunsalpaajahoidolla, joka on useimpien potilaiden kohdalla tehokas taudin alkuvaiheessa. AML kuitenkin kehittyy usein hoidon aikana resistentiksi. Tutkimuksessa tunnistimme mutaatiot eksomisekvensoinnilla 124:n AML-potilaan leukemianäytteistä. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että mutaatiot geeneissä, jotka lisäävät leukemiasolujen herkkyyttä sytokiinistimulaatiolle, valikoituvat hoidon vaikutuksesta. Resistenssiin vaikuttavien mutaatioiden tunnistaminen edesauttaa ymmärtämään mekanismeja, jotka johtavat resistenssin kehittymiseen
  • Maaninka, Katariina (Helsingin yliopisto, 2018)
    Ateroskleroosi (valtimonkovettumatauti) on suurten verisuonien eli valtimoiden sairaus, jossa valtimoiden seinämään kertyy rasvaa ja tulehdussoluja. Valtimoihin kerääntyvä rasva on pääosin kolesterolia, joka on peräisin low-density lipoproteiini (LDL)-hiukkasista. LDL on elimistön kemiallinen yhdiste, joka kuljettaa kolesterolia veren mukana sen synteesipaikasta maksasta muualle elimistöön, jossa solut käyttävät kolesterolia muun muassa kalvojensa rakennusaineeksi. Valtimoiden seinämään kolesteroli päätyy verenkierrosta kun LDL-hiukkanen läpäisee valtimon sisäpintaa verhoavan solukerroksen. Valtimon seinämän sisimmässä kerroksessa LDL jää kuitenkin kiinni seinämän soluväliaineen muodostamaan tiheään verkkoon, mikä estää hiukkasen poistumisen seinämästä. Seurauksena LDL-hiukkaset ja niiden sisältämä kolesteroli kerääntyvät valtimon seinämään. Valtimon seinämässä LDL-hiukkasten tavanomainen rakenne ja koostumus ovat alttiita muokkaantumiselle, mikä edelleen vaikeuttaa niiden ulospääsyä seinämästä ja kiihdyttää LDL-kolesterolin kertymistä seinämään. Seurauksena syntyy krooninen tulehdusreaktio, joka johtaa vähitellen yhä suurempien kolesterolikertymien kehittymiseen. Koska kolesterolin kertyminen alkaa jo nuoruudessa ja etenee hitaasti vuosikymmenien kuluessa, ateroskleroosi kehittyy salakavalasti eikä yleensä aiheuta oireita ennen kuin kolesterolikertymät, niin kutsutut ateroskleroottiset plakit, kasvavat niin suuriksi, että ne alkavat ahtauttaa valtimoa haitaten hapekkaan veren kulkeutumista kohdekudokseen. Koska suurten tulehduksellisten plakkien pinta on pehmeää ja haurasta kudosta, se on altis repeytymään, jolloin paikalle muodostuu verihyytymä. Seurauksena on tavallisimmin joko aivo- tai sydäninfarkti. Valtimonkovettumataudin kehittyminen on yhteydessä riskitekijöihin, joista useimmat liittyvät elintapoihin. Korkea veren LDL pitoisuus lisää valtimoon kerääntyvän kolesterolin määrää ja täten riskiä sairastua valtimonkovettumatautiin. Sen sijaan high-density lipoproteiini (HDL)-hiukkasten pitoisuus veressä on kääntäen verrannollinen sairastumisriskiin. HDL:n suojaavan vaikutuksen ajatellaan perustuvan sen ja sen pääasiallisen proteiiniosan, apolipoproteiini (apo) A-I:n kykyyn poistaa kolesterolia valtimon seinämästä ja hillitä tulehdusreaktioita ateroskleroosin kehittymisen kannalta merkittävissä soluissa, minkä seurauksena ateroskleroottisten plakkien kehittyminen hidastuu. Ateroskleroosin kehittymisessä avainasemassa ovatkin siis kolesterolin kuljetushiukkaset LDL ja HDL, eikä niinkään kolesterolipitoisuus itsessään. Kuten LDL, myös HDL on kuitenkin altis muokkaantumaan valtimon seinämässä siten, että sen kyky suojata ateroskleroosilta heikkenee. Syöttösolu on eräs ateroskleroottisissa plakeissa esiintyvä tulehdussolutyyppi, jonka on osoitettu osallistuvan ateroskleroosin kehittymiseen vapauttamalla aktivoiduttuaan proteiineja pilkkovia entsyymejä, niin kutsuttuja neutraaleja proteaaseja. Ateroskleroottisista plakeista löydetyt syöttösolut voidaan jakaa alatyyppeihin sen perusteella, mitä neutraaleja proteaaseja ne ilmentävät. Koska eri neutraaliproteaaseilla on kyky pilkkoa eri proteiineja, syöttösolujen alatyypeillä on mahdollisesti kliinistä merkitystä valtimonkovettumataudin kannalta. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin ihmisen verenkierrosta erilaistettujen syöttösolujen kykyä ilmentää eri neutraaliproteaaseja ja näiden proteaasien kykyä pilkkoa LDL- ja HDL-hiukkasten proteiiniosia, apoB-100:a ja apoA-I:a sekä tästä seuraavia mahdollisia ateroskleroosin kehittymisen kannalta merkityksellisiä vaikutuksia. Tutkimuksessa kuvataan ensimmäistä kertaa syöttösolutyyppi, joka ilmentää neutraaleihin proteaaseihin kuuluvia neljää erilaista tryptaasia sekä kymaasia, karboksipeptidaasi A3:a, katepsiin G:a ja grantsyymi B:a. Lisäksi tutkimuksen tulokset osoittavat, että näistä kymaasi pilkkoo HDL-hiukkasen apoA-I:a siten, että sen kyky poistaa valtimon seinämään kerääntynyttä kolesterolia sekä sen kyky estää valtimonkovettumataudin kannalta merkityksellisten solujen tulehduksellista aktivoitumista heikkenee. Tutkimuksessa havaittiin lisäksi, että katepsiini G pilkkoo LDL-hiukkasen apoB-100:a siten, että LDL-hiukkasten koko kasvaa ja niiden vuorovaikutus valtimon seinämän kanssa lisääntyy. Koska LDL-hiukkasten ja valtimon seinämän välinen vuorovaikutus on tärkeä ateroskleroosia edistävä tekijä, sen taustalla olevien mekanismien tunnistaminen tarjoaa mahdollisuuden uudentyyppisten, LDL-hiukkasten ja valtimonseinämän fysikaalisen vuorovaikutuksen estämiseen perustuvien hoitomuotojen kehittämiseen ateroskleroosin hoitoon. Lisäksi, koska apoA-I:a proteolyyttinen pilkkoutuminen heikentää sen terapeuttista potentiaalia, tutkimuksen tulokset nostavat esille proteaasien aiheuttamalle pilkkoutumiselle vastustuskykyisten apoA-I:a matkivien molekyylien mahdollisen hyödyn tämän maailmanlaajuisesti merkityksellisen taudin hoidossa.
  • Kettunen, Elina (Helsingin yliopisto, 2018)
    Sienet ovat yksi maapallon monimuotoisimmista eliöryhmistä, mutta niiden fossiileita on säilynyt vähän verrattuna kasvien ja eläinten jäänteisiin. Kuitenkin useita hyvin säilyneitä mikrosienten fossiileita on säilynyt meripihkassa, joka on muinaisten puiden tuottamaa fossiilista pihkaa. Sienifossiileita on löydetty ja kuvattu meripihkasta 1800-luvulta alkaen. Paleogeenikaudelta peräisin olevia tärkeitä meripihkan lähteitä ovat Baltian ja Bitterfeldin meripihkat. Baltian meripihka on iältään eoseenikautista (noin 43–25 miljoonaa vuotta vanhaa), ja Saksasta peräisin oleva Bitterfeldin meripihka oligoseenikautista (noin 24 miljoonaa vuotta vanhaa). Tämän väitöskirjan tarkoituksena oli lisätä tietämystä Baltian ja Bitterfeldin meripihkassa säilyneistä mikrosienistä, jotka kuuluivat pääasiassa rihmastohomeisiin. Materiaalina käytettiin meripihkanäytteitä historiallisista kokoelmista, sekä aiemmin tutkimattomia meripihkakappaleita. Historialliset meripihkanäytteet kuuluivat Robert Casparyn ja Richard Klebsin yli 100 vuotta sitten kuvaamaan sienifossiilikokoelmaan. Tutkimuksessa arvioitiin uudelleen näiden sienifossiilien systemaattista asemaa, ja havaittiin, ettei yksikään historiallisista näytteistä kuulu niihin nykysienisukuihin, joihin ne oli alun perin kuvattu. Tulokset osoittavat, että hyvin harva mikrosienifossiili voidaan tunnistaa niin tarkasti, että sitä voisi hyödyntää fylogeneettisissa tutkimuksissa, joissa pyritään selvittämään nykyisten sieniryhmien evoluutiohistoriaa. Väitöskirjassa kuvataan myös useita muinaisten jäkälien pinnalla eläneiden rihmastohomeiden fossiileja. Nämä ja monet muut tutkimuksessa ensi kertaa kuvatut mikrosienet kertovat sienten monimuotoisuudesta muinaisissa meripihkametsissä. Tutkitut sienet kasvoivat todennäköisesti meripihkaa tuottaneiden puiden päällä tai niiden läheisyydessä, minkä ansiosta niiden fossiloitumistodennäköisyys oli korkea.
  • Putkinen, Anuliina (Helsingin yliopisto, 2018)
    Pohjoiset suot ovat tärkeitä hiilen nieluja sitoessaan sitä hitaasti kertyviin turvekerroksiin. Samalla ne vapauttavat kasvihuonekaasu metaania (CH4), jota syntyy kasvimateriaalin hajotessa hapettomissa oloissa. Näiden soiden yleisin kasvi, rahkasammal (Sphagnum), on oleellinen paitsi turpeen kertymiselle, myös metaanipäästöjen torjunnalle: Se tarjoaa asuinympäristön metaania hapettaville bakteereille, metanotrofeille, jotka suodattavat osan metaanista rajoittaen sen vapautumista ilmakehään. Samalla metaanin hapetuksessa syntyvä hiilidioksidi (CO2) siirtyy rahkasammalen käyttöön. Rahkasammalien ja metanotrofien muodostama ”metaanisuodin” on havaittu useammassa tutkimuksessa, mutta muun muassa sen herkkyys ympäristön muutoksille tunnetaan huonosti. Tässä väitöstutkimuksessa selvitettiin rahkasammalien ja niissä elävien metanotrofien vuorovaikutuksen tarkempaa luonnetta. Metanotrofien yhteisörakennetta ja aktiivisuutta tarkasteltiin suhteessa suoekosysteemissä tapahtuviin muutoksiin. Vertailun vuoksi tutkittiin myös sammalten alapuolisten turvekerrosten metaaninhapetusta. Metanotrofien molekyylibiologisessa analysoinnissa hyödynnettiin erityisesti metaaninhapetuksen mahdollistavaa pmoA-geeniä sekä siihen perustuvaa koetinsirutekniikkaa. Ensimmäisessä osatyössä metanotrofien ja niiden hapetusaktiivisuuden osoitettiin leviävän rahkasammalesta toiseen veden välityksellä. Työn perusteella nämä metanotrofit kykenevät elämään myös sammalien ulkopuolella eli niiden välillä näyttäisi olevan ns. fakultatiivinen symbioosi. Kahdessa muussa osatyössä rahkasammalten metanotrofien dynamiikan havaittiin olevan hyvin samankaltaista kahdella erilaisella suon kehitysgradientilla: sekä luonnontilaisilla soistuvilla aloilla, että eri-ikäisillä, uudelleen kasvittuneilla turvetuotantoaloilla. Metanotrofien yhteisöt olivat monimuotoisia kaikissa kehitysvaiheissa, mutta niiden valtaryhmät erosivat nuorten, vedenpinnaltaan epävakaiden alojen ja vanhojen, täysin sammalpeitteisten alojen välillä. Huolimatta yhteisöjen eroista metaaninhapetusaktiivisuus ei eronnut merkitsevästi eri kehitysvaiheissa, lukuun ottamatta aivan vanhimpien alojen heikompaa aktiivisuutta. Tämä viittaa ns. toiminnalliseen päällekkäisyyteen, jossa tietystä toiminnosta vastaa useampi, eri olosuhteisiin erikoistunut eliöryhmä. Toisin kuin elävässä sammalkerroksessa, sen alapuolisessa turpeessa hapetuspotentiaali kasvoi turpeentuotantoalojen kasvipeitteen kehityksen mukana. Kyky levitä veden välityksellä sekä toiminnallinen päällekkäisyys viittaavat rahkasammalten metanotrofien pystyvän sekä sopeutumaan erilaisiin olosuhteisiin, että palautumaan suoekosysteemiä kohtaavista häiriöistä, kuten ilmastonmuutoksen mukana mahdollisesti lisääntyvistä kuivista jaksoista. Rahkasammalkerroksessa jo nuorimmalla turvetuotantoalalla havaittu metaaninhapetuspotentiaali tulisi huomioida näitä aloja ennallistettaessa: rahkasammal-istutusten avulla näyttäisi olevan mahdollista paitsi käynnistää hiilensidonta turpeeksi, myös torjua samanaikaisesti lisääntyviä metaanipäästöjä.
  • Perälä, Tommi (Helsingin yliopisto, 2018)
    Epävarmuuksien huomioiminen mallin parametreissa, rakenteessa ja havainnoissa sekä sen tuottamissa ennusteissa on tärkeää luonnonvarojen kestävän hyödyntämisen kannalta. Tämä väitöskirja koostuu neljästä tutkimusartikkelista, jotka käsittelevät epävarmuuksia ja muutosta kalapopulaatioissa. Kaikki tämän väitöskirjan artikkelit käyttävät Bayesiläistä tilastollista mallinnustapaa huomioidessaan erityyppisiä epävarmuuksia. Monimutkaisia järjestelmiä mallinnettaessa on syytä ymmärtää, että kaikki mallit ovat vain arvioita todellisuudesta ja perustuvat senhetkiseen rajalliseen ymmärrykseen järjestelmästä sekä sen aiemmin havaittuun käyttäytymiseen. Vaikka malli selittäisikin järjestelmän menneen ja ennustaisi tulevan käyttäytymisen tällä hetkellä, voi järjestelmä muuttua siten, ettei vanha malli enää pädekään. Luonnonvarojen onnistunut hallinta vaatii kykyä vastata ja sopeutua nopeasti tällaisiin muutoksiin. Kalapopulaatioiden uusiutumiskyky määräytyy suurimmilta osin sen mukaan kuinka hyvin ne onnistuvat lisääntyä. Täten on äärimmäisen tärkeää ymmärtää ja mallintaa kalapopulaatioiden lisääntymisen dynamiikka. Tässä väitöskirjassa kalojen lisääntymistä tutkitaan ns. kutukanta-rekryytti -mallien avulla, jotka kuvaavat sitä, kuinka paljon uusia yksilöitä (rekryytit) kalakantaan liittyy, kun kannan lisääntyvän komponentin (kutukanta) koko tiedetään. Tämän väitöskirjan painopiste on ajan sekä tiheysriippuvuuden aiheuttamassa vaihtelussa kutukanta-rekryytti -suhteessa. Ajan tuomaa vaihtelua tutkitaan Bayesiläisillä muutospistemalleilla neljän Atlantin turskakannan rekryytti-kutukanta suhteissa, sekä neljän St. Lawrencen lahden kalalajin kutukanta-rekryyttimallien parametreissa. Tässä työssä kehitetyt uudet Bayesiläiset menetelmät parantavat epävarmuuksien käsittelyä parametriestimaateissa, muutoksien ajankohdissa sekä lyhyen aikavälin ennusteissa. Tässä työssä esitellään laskennallisia menetelmiä ajallisen vaihtelun analysoimiseen lineaaris-Gaussisissa ongelmissa, joissa voidaan hyödyntää analyyttisiä ratkaisuja, minkä lisäksi menetelmiä laajennetaan epälineaarisiin ja ei-Gaussisiin ongelmiin hyödyntäen numeerisia ratkaisumenetelmiä. Kalapopulaatioita mallinnettaessa on perinteisesti oletettu, että kalojen dynamiikka on kompensoivaa. Tässä työssä tarkastellaan kompensoivan kutukanta-rekryytti -suhteen sopivuutta yhdeksään Atlantin silakkapopulaatioon tutkimalla tiheysriippuvuutta alhaisilla kutukannan tiheyksillä hyödyntäen malleja, jotka paremmin mallintavat alhaisen kutukannan dynamiikkaan liittyvät epävarmuudet, ja jotka mahdollistavat myös Allee-vaikutuksista syntyvän depensoivan dynamiikan. Allee-vaikutukset on jätetty pitkälti huomiotta kalakanta malleissa. Tässä työssä kehitettyä menetelmää Allee-vaikutusten havaitsemiseksi soveltaessa todetaan, että Allee-vaikutukset saattavat olla yleisempiä kuin mitä aiemmin on ajateltu. Bayesiläisissä malleissa parametrien priorijakaumia muodostetaan usein asiantuntijoiden näkemyksiä kuullen. Kun havaintoaineisto on niukka tai sitä ei ole, informatiiviset priorijakaumat ovat oleellisia päättelyn kannalta. Asiantuntijat saattavat kuitenkin olla huonosti kalibroituja ja heidän arvionsa mallin parametreista voivat olla hyvin harhaisia. Tässä työssä kehitetään menetelmä, jolla asiantuntijoiden harhat voidaan oppia kalibrointiaineistosta ja täten ottaa huomioon asiantuntijoiden näkemyksiä hyödyntäessä osana päättelyä.
  • Viljanen, Martta (Helsingin yliopisto, )
    Väitöskirjatyössä tutkittiin näköaistin sopeutumista ympäristön valaistusolosuhteisiin eri aikaskaaloilla ja biologisilla tasoilla. Mallieläiminä käytettiin Mysis-suvun halkoisjalkaisäyriäisiä eli massiaisia. Tutkimuksessa keskityttiin erityisesti kahteen näköaistin sopeutumiseen liittyvään ilmiöön: ensinnäkin mekanismeihin, joiden avulla näköjärjestelmää säädetään vastaamaan mahdollisimman herkästi juuri tiettyihin valon aallonpituuksiin, ja toiseksi valon aiheuttamiin vaurioihin ja niiltä suojaaviin mekanismeihin, jotka ovat seurausta näköaistin virittämisestä erittäin herkäksi. Näköaistin herkkyyttä valon eri aallonpituuksille, eli spektraaliherkkyyttä, tutkittiin keräämällä kahtatoista eri lajia edustavia massiaisia erilaisista vesiympäristöistä pohjoisilta alueilta ja Kaspianmeren ympäristöstä. Massiaisten näköpurppuran proteiiniosien, opsiinien, geenisekvenssit selvitettiin ja niitä verrattiin lajien sukulaisuussuhteisiin. Lisäksi neljään eri lajiin kuuluvien viidentoista populaation massiaisilta määritettiin spektraaliherkkyys. Tämä tehtiin mittaamalla mikrospektrofotometrillä absorptiospektrit yksittäisten osasilmien valoa aistivien solujen muodostamista kokonaisuuksista, rhabdomeista. Valaistusolosuhteiden määrällisen tarkastelun mahdollistamiseksi populaatioiden elinympäristöistä mitattiin transmissiospektrit, eli veden läpäisevyys valon eri aallonpituuksille. Eri syvyyksiltä mitattujen transmissiospektrien avulla määritettiin mitkä valon aallonpituudet tunkeutuvat syvimmälle vesipatsaaseen ja kuinka nopeasti valon voimakkuus laski syvemmälle mentäessä. Erilaisista vesiympäristöistä kerättyjä massiaisia myös kasvatettiin laboratiorio-olosuhteissa, jotta voitiin tarkkailla veden suolapitoisuuden mahdollisia vaikutuksia spektraaliherkkyyteen. Valovauriolta suojaavia mekanismeja tutkittiin akvaariokokeissa kahdella eri populaatiolla, joista toinen oli peruslähtökohtaisesti herkempi valovauriolle. Kokeissa nostettiin erittäin hitaasti taustavalon tasoa akvaarioissa, minkä jälkeen massiaiset altistettiin lyhyesti voimakkaalle valolle. Muuttuviin valaistustasoihin sopeutumisen nopeutta tutkittiin lisäämällä taustavaloa eri nopeuksilla. Koejärjestelyn vaikutuksia massiaisten silmien rakenteeseen tutkittiin elektronimikroskopian avulla ja vaikutuksia silmien toimintaan sähköfysiologialla. Näköpurppuran eri esiintymismuotojen suhdetta tutkittiin mikrospektrofotometrialla. Tulokset näköaistin herkkyydestä valon eri aallonpituuksille osoittavat, että massiaisten silmät ovat yleisesti sopeutuneet näkemään niitä valon aallonpituuksia, joita kyseisen populaation elinympäristössä on runsaasti. Kuitenkaan sen paremmin opsiinien geenisekvenssit kuin veden transmissiospektrit eivät kyenneet täysin selittämään havaittuja eroja populaatioiden spektraaliherkkyyksissä. Myöskään näköpigmenttien valoa absorboivissa osissa, kromoforeissa, ei ollut eroja. Tulokset viittaavat siihen, että massiasilla on kaksi erilaista opsiinia koodaavaa geeniä, jotka ilmentyvät eri suhteissa jonkin toistaiseksi tuntemattoman ympäristötekijän vaikutuksesta. Hypoteesi vaatii kuitenkin vielä lisätutkimuksia. Valovauriotutkimus osoittaa, että kirkkaan valon aiheuttamia rakenteellisia ja toiminnallisia vaurioita näköaistinsoluissa on mahdollista ehkäistä erittäin hitaan valoakklimaation (eli taustavalon tason noston) avulla. Onnistuneessa prosessissa taustavalojen noston nopeus vastaa vuodenaikaista valotason muutosta massiaisten luonnollisessa elinympäristössä. Yksi keskeisistä tekijöistä ilmiössä vaikuttaa olevan valoaktiivisen näköpurppuran määrä.
  • Kauppi, Laura (Helsingin yliopisto, 2018)
    Tulokaslajit muuttavat kasvi- ja eläinyhdyskuntien rakennetta maailmanlaajuisesti. Erityisesti meriekosyseemeissä tulokaslajien hävittäminen ei usein ole mahdollista, ja siksi on tärkeää tietää miten ne vaikuttavat ympäröivään ekosysteemiin. Tulokaslajien ekologisen vaikutuksen arvioinnissa tieto lajin biologiasta, ekologiasta ja vaikutuksista ekosysteemin toimintaan uudessa elinympäristössä on tärkeää, mutta usein puutteellista. Luonnostaan vähälajinen ja monista häiriötekijöistä kärsivä Itämeri on yksi maailman eniten tulokaslajeja sisältävistä merialueista. Yksi menestyksekkäimmistä tulokkaista on ollut meren pohjasedimentissä elävä monisukasmatosuku Marenzelleria, joita Itämeressä nyt tavataan kolmea lajia: M. viridis, M. neglecta ja M. arctia. Niiden sedimenttiä muokkaava toiminta eroaa kotoperäisistä lajeista, millä voi olla vaikutuksia ekosysteemiin toimintaan, kuten ravinteiden kiertoon. Tässä väitöskirjassa tutkitaan Marenzellerian vaikutuksia Itämeren ekosysteemiin seuranta-aineistoja, havainnoivia kenttätutkimuksia ja laboratoriokokeita käyttäen. Marenzelleriaa tavataan koko Itämeressä, ja suurimmat yksilömäärät on havaittu yli 30 m syvyyksissä. Eri Marenzelleria -lajien määrissä ja tuottavuudessa on eroja paikasta, syvyydestä ja lajista riippuen. M. arctia -lajia tavataan yksin syvillä mutapohjilla ja kaikkia kolmea lajia mutapohjilla 20 m syvyyteen saakka. M. viridis ja M. neglecta -lajit esiintyvät ja lisääntyvät yhdessä hiekkapohjilla. Havainto- ja kokeelliset tulokset viittaavat alueellisiin ja kausittaisiin eroihin Marenzellerian vaikutuksessa ravinteiden kiertoon riippuen ympäristötekijöistä, sekä Marenzellerian ja muiden lajien tiheydestä ja biomassasta. Havainto- ja kokeelliset tutkimukset osoittivat, että Marenzellerian sedimenttiä muokkaava toiminta saattaa edesauttaa fosforin sitoutumista sedimenttiin syvillä alueilla etenkin kesällä, kun hapen määrä on vähäisempi ja tiheydet suuria. Toisaalta alueilla, joilla hapen määrä on suurempi, sama toiminta voi edesauttaa fosforin vapautumista tehostuneen eloperäisen aineksen hajoamisen myötä. Tulokaslajien tutkiminen luonnollisessa ympäristössä on tärkeää niiden vaikutusten arvioinnissa. Ajalliset ja paikalliset vaihtelut ympäristössä, sekä tulokas- ja muiden lajien populaatioissa saattavat muuttaa tulokaslajien merkitystä ekosysteemin toiminnan kannalta.
  • Wang, Cui (Helsingin yliopisto, 2018)
    Pleistoseenijääkausilla oli suuri vaikutus eliöiden geneettiseen monimuotoisuuteen pohjoisella pallonpuoliskolla. Suurien jäämassojen kattaessa laajoja alueita Euraasian mantereesta, eliöt olivat pakotettuja vetäytymään etelämmäksi refugioihin, missä tapahtui lajin sisäistä geneettistä erilaistumista. Näin tapahtui myös Pungitius-piikkikalojen kohdalla: mitokondrio-DNA (mtDNA) analyysit indikoivat että eteläisiin refugioihin eristäytyneet populaatiot erilaistuivat toisistaan geneettisesti jääkausien aikana. On kuitenkin mahdollista, että Pungitius-suvun lajeja on voinut esiintyä myös pohjoisemmassa lähellä mannerjään reunaa, ns. periglasiaalisissa refugioissa. Tätä ei ole kuitenkaan tutkittu ja aiemmat fylogeografiset tutkimukset suvussa ovat pohjanneet rajalliseen määrään merkkigeenejä, sekä varsin puutteelliseen otantaan niin lajin sisäisissä kuin myös lajien välisissä vertailuissa. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena oli tutkia Pungitius-suvun fylogeniaa, fylogeografiaa ja erilaistumista mtDNA:n ja nukleääristen merkkigeenien avulla pohjaamalla analyysit kattavaan maailmanlaajuiseen otantaan. Sekvensoimalla viittä mtDNA-aluetta, löysin kuusi selkeästi erilaistunutta Pungitius-lajia mukaan lukien P. pungitius, P. platygaster, P. tymensis ja P. kaibarae, sekä kaksi erillistä monofyleettistä P. laevis- haaraa. Löysin myös kolmannen P. laevis –haaran (linja III), joka ryhmittyi yhteen P. pungitiuksen kanssa. Saadakseni selville oliko tämä linjan III ja P. pungitius mtDNA:n samankaltaisuus seuraamusta lajien välisestä risteytymisestä (introgressiosta), tein jatkotutkimuksia nukleäärisillä merkkigeeneillä. Tulokset todensivat epäsymmetrisen mitokondrio-introgression P. pungitiuksesta P. laevikseen, mikä viittaa historialliseen risteytymiseen lajien välillä. Eri P. laevis linjojen voimakas geneettinen erilaistuminen Ranskassa indikoi alkuperää useammissa periglasiaalisissa refugioissa, sekä mahdollisuutta että P. laevis koostuu itse asiassa useammasta kuin yhdestä erillisestä lajista. Eri Pungitius-lajien ja populaatioiden evoluutiivisten sukulaisuus-suhteiden ja historian selkeyttämiseksi analysoin myös geneettistä erilaistumista nukleotidimuuntelussa koko genomin tasolla isossa maailmanlaajuisessa otoksessa Pungitius-näytetteitä. Tulokset viittaavat siihen, että Pungitius-suku on lähtöisin Länsi-Tyynenmereltä, ja kolonisoi Pohjois-Atlantin ja Euroopan useassa eri aallossa Jäämeren kautta Beringin salmen avautumisen jälkeen. Fylogeeneettiset anaalyysit erottelivat varhain erkaantuneen Itä-Aasian ryhmän (P. kaibarae, P. tymensis, P. sinensis) nuoremmista Euroopan ja Pohjois-Amerikan ryhmistä (P. hellenicus, P. platygaster, P. laevis ja P. pungitius). Euroopassa tavattavien lajien erkaantuminen on tapahtunut Pleistoseeni-kauden (≤ 2.6 miljoonaa vuotta) aikana. Analyysit paljastivat myös neljä tapausta joissa nukleäärinen ja mtDNA fylogeniat olivat keskenään konfliktissa: nämä tulkittiin seuraamuksiksi lajien välistä historiallisista risteymistä. Näiden tapausten yksityiskohtaisemmat analyysit paljastivat, että mtDNA:ta lukuun ottamatta, risteymissä lajista toiseen oli siirtynyt hyvin vähän geneettistä ainesta.
  • Kovac, Bianca (Helsingin yliopisto, 2018)
    Solujen kyky liikkua, muuttaa muotoaan ja muokkautua ympäröivään kudokseen sekä mekaanisiin ärsykkeisiin ovat keskeisessä asemassa lukuisissa biologisissa prosesseissa kuten haavan paranemisessa ja alkionkehityksessä. Patologisissa olosuhteissa kuten syövässä solut liikkuvat hallitsemattomasti, mikä puolestaan johtaa niiden kudosrajoista piittaamattomaan leviämiseen ympäröivään kudokseen ja sitä kautta muihin elimiin. Liikkuakseen solu tarvitsee aktiinitukirankaa, joka tuottaa liikkumiseen tarvittavaa voimaa erityisesti supistuvien aktiinisäikeiden avulla. Aktiinisäikeet voivat sitoutua solun kasvupohjassa sijaitseviin reseptoreihin ja siten säädellä solujen kiinnittymistä ympäröivään kudokseen sekä aikaansaada voimia, joiden avulla solu kykenee liikkumaan hallitusti eteenpäin. Tämän väitöskirjatyön päämääränä oli tutkia liikkumisen kannalta keskeisten aktiinisäikeiden molekulaarinen koostumus ja säätelymekanismit sekä niiden merkitys syöpäsolujen liikkumisessa ja vuorovaikutuksessa. Väitöskirjatyön aikana tunnistettiin uusi vuorovaikutus aiemmin tunnetun aktiinisäieproteiini MRIP:n sekä NUAK2-kinaasin välillä. Tämä vuorovaikutus paljasti uuden mekanismin, jonka avulla solut voivat säädellä aktiinisäikeiden muodostumista, sekä niiden supistumista. Lisäksi havaittiin, että NUAK2-kinaasin ilmentymistasot voi säädellä supistuvien aktiinisäikeiden määrää. Nämä havainnot ovat tärkeitä ja ne lisäävät merkittävästi tietämystä siitä, minkälaisilla mekanismeilla aktiinisäikeitä voidaan säädellä. Selvittääksemme tarkemmin aktiinisäikeiden molekulaarista koostumusta, tutkimme väitöskirjatyössäni myös aktiinisäikeitä niputtavia proteiineja α-aktiniini-1 ja α-aktiniini-4. Tutkimuksemme osoitti, että erityisesti α-aktiniini-1 on välttämätön ns. dorsaalisten aktiinisäikeiden niputtaja ja, että nämä säikeet edistävät solujen liikkumista. Tutkimuksemme paljastivat myös, että α-aktiniini-1 on erittäin keskeisessä asemassa mesenkymaalisten solujen kiinnittymisessä kasvupohjan reseptoreihin. Lisäksi havaitsimme rintarauhasen epiteelisoluissa, että α-aktiniini-1:n ilmentymistasot säätelevät aktiinisäikeiden uudelleenjärjestäytymistä, solujen välistä yhteyttä, sekä solujen liikkumista. Löydöksemme osoittavat myös, että α-aktiniini-1:n ilmentymistaso on lisääntynyt useissa syövissä, ja tämän on havaittu olevan sidoksissa heikentyneeseen eloonjäämisennusteeseen erityisesti estrogeenireseptorin (ER) suhteen negatiivisilla rintasyöpäpotilailla. Tämän väitöskirjatyön tulokset laajentavat erityisesti tietämystä α-aktiniini-1:n roolista aktiinisäikeiden säätelijänä ja solujen plastisuuden muokkaajana niin mesenkymaalisissa kuin epiteelisoluissakin. Tutkimustuloksemme viittaavat siihen, että α-aktiniini-1 voisi toimia yhtenä mahdollisena prognostisena biomarkerina ER:n suhteen negatiivisilla rintasyöpäpotilailla. Väitöskirjatyöni tutkimustulokset selvittävät aktiinisäikeiden sekä niiden säätelijöiden kuten, α-aktiniini-1, merkitystä syöpäsolujen vuorovaikutuksessa ja niiden hallitsemattomassa liikkumisessa. Parhaimmillaan tämä tieto voi edesauttaa syövän diagnostiikkaa ja hoitomenetelmien kehittämistä.
  • Tauscher, Petra (Helsingin yliopisto, 2018)
    Varhaisalkion kehitys riippuu samasta valikoimasta molekyylejä eläinkunnan lajien moninaisuudesta huolimatta. Nämä lajikehityksessä erittäin pitkään säilyneet molekyylit katsotaan geneettiseksi ”työkalusarjaksi”, geeneiksi, jotka määrittävät kehon osien sijoittumisen eri lajeissa. Esimerkiksi selkä- ja vatsapuolten määräytyminen riippuu luun morfogeneettisistä proteiineista (bone morphogenetic protein, BMP). BMP-viestinnän verkosto on ratkaisevassa roolissa keskushermoston sijainnin määrittämisessä sekä selkärankaisilla että selkärangattomilla eliöillä. Saman molekyylisarjan ollessa toistuvasti käytössä useiden eri lajien yksilökehityksessä herää kysymys, kuinka eläinlajien moninaisuus on voinut kehittyä. Näissä tutkimuksissa keskityin BMP-viestintään banaanikärpäslajissa Drosophila melanogaster. BMP-viestintää tapahtuu banaanikärpäsen eri kehitysvaiheissa, ja tämä viestintä on ratkaisevaa mm. varhaisalkion selkä- ja vatsapuolen eri piirteiden kehitykselle, toukan siiven imaginaalilevyn kasvamiselle ja kaavoittumiselle, sekä siipien pitkittäisten ja taka-poikittaisten suonten muodostumiselle kotelovaiheen aikana. Banaanikärpäsen perimä sisältää kolme BMP-tyyppistä ligandia: Decapentaplegic (Dpp), joka on BMP2/4-tyyppinen ligandi sekä paralogiset ligandit Screw (Scw) ja Glass bottom boat (Gbb), jotka ovat molemmat BMP5-8-tyyppisiä ligandeja. On kiinnostavaa, että Scw löytyy ainoastaan korkeammista kärpäslahkoista, kuten esimerkiksi banaanikärpäsistä, ja että sitä ilmennetään vain varhaisalkiossa, kun taas Gbb on käytössä toistuvasti kärpäsen koko kehityskulussa. Aikaisemmat tutkimukset ovat paljastaneet, että Scw voi korvata Gbb:n kun siipien taka-poikittaiset suonet muodostuvat kotelovaiheessa. Toisaalta, Gbb ei voi korvata Scw:ta varhaisalkion kehityksessä. Näiden tosiasioiden valossa Gbb ja Scw muodostavat erittäin sopivan mallin proteiinien eroavaisuuksien ja evoluution tutkimiseen. Tässä väitöskirjassa tutkin kuinka BMP-tyyppisten ligandien translaationjälkeiset muuntelut vaikuttavat viestintään ja siten eläinten kehittymiseen; keskipisteinä olivat proteolyyttinen käsittely ja N-glykosylaatio. BMP-tyyppiset proteiinit tuotetaan toimimattomina esiasteina, jotka vaativat proteolyyttisen käsittelyn tullakseen kypsiksi, käyttökelpoisiksi ligandeiksi. Scw-proteiinissa on kaksi pilkkomiskohtaa, jotka ovat tärkeitä kärpäsen elinkyvyn kannalta. Osoitin soluviljelyyn perustuvissa signalointikokeissa, että nopean, korkean tason signaalin saavuttamiseksi tarvitaan molempien pilkkomiskohtien proteolyyttinen käsittely. Tämän lisäksi ligandien BMP-domeenista löytyy hyvin säilynyt N-glykosylaatiojakso. Scw-proteiinista taas löytyy ainutlaatuinen N-glykosylaatiokohta, jota ei löydy muista BMP-tyyppisistä ligandeista. Signalointikokeet paljastivat, että huipputason viestintään tarvitaan molemmat Scw:n N-glykosylaatiokohdat. Tämän lisäksi N-glykosylaatiokohtien puute haittaa BMP-viestintää varhaisalkiossa ja vaikuttaa kärpäsen elinkykyyn. Matalampi N-glykosylaation taso näyttäisi taas olevan suotuisa siiven taka-poikittaisten suonten muodostumisen yhteydessä. Nämä tulokset viittaavat siihen, että BMP-ligandien translaationjälkeisillä muunteluilla on rooli solunsisäisessä viestinnässä ja siten myös eläinten kehittymisessä. Lisäksi translaationjälkeiset muuntelut näyttäisivät toimivan joustavina moduuleina, jotka sallivat muutoin niin konservoituneiden molekyylien mukautumisen erilaisiin konteksteihin. Käsitys siitä, kuinka translaationjälkeinen muuntelu vaikuttaa BMP-viestintään, mahdollistaa lääkkeenä käytettävän tehokkaamman BMP:n kehittämisen.