Lääketieteen Nobelin saanut Shinya Yamanaka uudelleenohjelmoi soluja

Solututkija Shinya Yamanaka sai tänä vuonna sekä Millennium-palkinnon että Nobelin.

Solujen erikoistuminen on luonnossa peruuttamatonta. Vaikka hedelmöittyneestä munasolusta kehittyvät kaikki kudostyypit, kerran ihosoluksi erikoistunut solu ei enää kykene muuttumaan vaikkapa lihassoluksi.

Molekyylibiologit saivat 1960-luvun alkuun mennessä selville, miten perintötekijät ohjaavat solun toimintaa. Geenit eli tietyt kromosomien DNA-jaksot määräävät proteiinien aminohappojärjestyksen, mutta mikään soluissa ei vaikuta takaisin geeneihin. Vain satunnaiset mutaatiot muuttavat DNA-koodia.

Solussa voisi siis edelleen olla kaikki samat perintötekijät kuin siinä munasolussa, josta organismi on lähtenyt kehittymään. Hermosolusta olisi vain kytketty pois päältä sellaiset geenit, joita tarvitaan esimerkiksi vain maksasoluissa, kun taas maksasolusta on sammutettu ihosolun geenit, ja niin edelleen.

Jos kerran jokaisessa solussa on jäljellä tarvittava DNA-informaatio minkä tahansa solutyypin tai jopa kokonaisen uuden yksilön tuottamiseen, voisiko solun uudelleenohjelmoida hedelmöittyneen munasolun kaltaiseksi?

Brittitutkija John Gurdon (s. 1933) testasi tätä hypoteesia vuonna 1962 poistamalla sammakon munasolusta perintötekijät sisältävän tuman ja korvaamalla sen nuijapään suolistosolun tumalla. Munasta kehittyi normaali nuijapää. Seuraavilla yrityksillä samalla tavoin kloonattuja nuijapäitä onnistuttiin kasvattamaan aikuisiksi sammakoiksi.

Tulos hyväksyttiin

Tiedeyhteisö epäili Gurdonin saavutusta, mutta se hyväksyttiin, kun muut tutkijat onnistuivat toistamaan saman tempun sammakoilla. Tekniikoiden kehitys johti myöhemmin lampaan ja sitten myös muiden nisäkkäiden kloonaamiseen.

Kloonausmenetelmällä oli siis mahdollista palauttaa aikuisen ihmisen solu takaisin miksi tahansa soluksi erikoistumaan kykeneväksi kantasoluksi. Jos kloonatun alkion annettaisiin kehittyä muutaman kymmenen solun kokoiseksi alkiorakkulaksi, siitä voitaisiin erottaa kantasoluja hoitotarkoituksia varten.

Ihmisten kantasoluja opittiin viljelemään ja ohjaamaan niiden kehitystä halutuiksi solutyypeiksi 1990-luvun lopussa. Kantasoluilla oli valtava lupaus: niistä voisi kasvattaa kudoksia ja kokonaisia elimiä ihmisen varaosiksi. Niillä voisi hoitaa esimerkiksi diabetestä tai Alzheimerin tautia.

Hoidettavan potilaan olisi syytä saada omia kantasolujaan, jotta hänen elimistönsä ei hylkisi niitä. Ihmisen kloonaamisessa edes alkiorakkulaksi asti ei kuitenkaan ole toistaiseksi onnistuttu.

Nopea Nobel

Shinya Yamanaka syntyi Japanin Osakassa samana vuonna kun Gurdon teki läpimurtonsa sammakoilla.

Myöhemmin Yamanaka kokeili suoraviivaisempaa lähestymistapaa: mitä jos aikuisen yksilön solua yritettäisiin uudelleenohjelmoida suoraan – kulkematta kloonausruudun kautta?

Yamanaka onnistui vuonna 2006 erilaistuneen hiiren solun uudelleenohjelmoimisessa kantasoluksi. Temppuun tarvittiin vain muutama geeni, joiden Yamanaka oli havainnut alkiokantasoluissa ylläpitävän solun kaikkia geenejä toimintavalmiina.

Myöhemmin kävi ilmi, että myös ihmisten erilaistuneista soluista voi uudelleenohjelmoida monikykyisiä eli lähes kaikiksi solutyypeiksi erilaistumaan kykeneviä kantasoluja.

Gurdon ja Yamanaka vastaanottavat lääketieteen Nobel-palkinnon Tukholmassa joulukuussa. On harvinaista, että palkinnon saa alle kymmenen vuoden päästä läpimurrosta.

Vasta 50-vuotiaalle Yamanakalle Nobel-palkinto on jo toinen merkittävä tunnustus tänä vuonna. Kesäkuussa hän nimittäin kävi Helsingissä pokkaamassa Tekniikan Akatemian Millennium-palkinnon, jonka hän jakoi yhdessä Linus Torvaldsin kanssa.

Yamanakan kantasolututkimus on noteerattu moneen kertaan: hän oli Time-lehden sadan maailman vaikutusvaltaisimman henkilön listalla vuonna 2008. Asian Scientist -lehti listasi Yamanakan viime vuonna 15 merkittävimmän aasialaistutkijan joukkoon. Viime vuonna hän sai myös israelilaisen Wolf-lääketiedepalkinnon.

Osakan yliopistossa väitellyt ja ortopedinä aloittanut Yamanaka johtaa nyt uudelleenohjelmoitujen kantasolujen tutkimusryhmää Kioton yliopistossa. Läpimurron hän teki kuitenkin Gladstone-instituutissa Kalifornian yliopistossa San Franciscossa.