Verisolut kehittyivät vaippaeläimessä

Stanfordin yliopiston tutkijat raaputtavat kukkamaisia kokkareita laiturista Montereyssa Kaliforniassa.

Vaikka värikkäiden kimppujen läpimitta on vain pari senttiä ja ne jäävät helposti huomaamatta, niissä voi piillä vastaus kysymykseen, kuinka ihmisen kaltaisten isojen nisäkkäiden veri on syntynyt.

Kukkakimput koostuvat nimittäin pienistä eläimistä, joiden verta muodostavalla järjestelmällä on paljon yhteistä ihmisen vastaavan järjestelmän kanssa.

Se avaa uusia näköaloja immuunijärjestelmään ja syövän ehkäisyyn.

Läpikuultavuus auttaa tutkijoita

Vaippaeläin on Botryllus schlosseri -merituppi. Se kuuluu niihin selkärangattomiin, jotka koostuvat kahdesta sisäkkäisestä pussista. B. schlosseri -lajia esiintyy luontaisesti muun muassa Pohjanmeressä.

Nuoret yksilöt muistuttavat vapaasti uivaa nuijapäätä, jolla on alkeelliset aivot ja selkäjänne.

Aikuiseksi kehittyessään nuijapää liimautuu kiinni esimerkiksi kiveen ja käy läpi rajun muodonmuutoksen: pyrstö, selkäjänne ja lihakset häviävät. Sitten jopa 20 aikuista lyöttäytyy yhteen yhdyskunnaksi.

Läpimitaltaan 5–10-millimetriset yhdyskunnat pysyvät vuorivesirannikoilla tiukasti paikallaan kovalla alustalla ja koristavat sitä näyttävillä kukkakuvioilla, jotka ovat väriltään oransseja, keltaisia, punaisia, valkoisia, liiloja tai vihreänharmaita.

Yhdyskunnan jäsenet kasvavat 2–5 millimetrin pituisiksi ja muistuttavat muodoltaan pisaraa, jonka terävä pää osoittaa yhdyskunnan keskustaan.

Vaikka jokaisella yksilöllä on oma sydän, ruoansulatusjärjestelmä ja kidukset, yhdyskunta toimii käytännössä yhtenä eliönä.

Läpikuultava verisuonisto liittää nimittäin yksilöt toisiinsa ja mahdollistaa muun muassa veri- ja kantasolujen vaihtamisen.

Tutkimuksen kannalta läpikuultavuus on etu, sillä sen ansiosta yksilöiden ja yhdyskuntien sisään voidaan nähdä.

Pussissa on alkeellista luuydintä

Montereysta keräämistään Botryllus-yhdyskunnista tutkijat eristivät niin sanottuja hematopoieettisia kantasoluja, jotka voivat erilaistua eri verisolutyypeiksi.

Ne ovat veren kaikkien solukappaleiden esivaiheita: niistä syntyvät siis niin verihiutaleet ja happea kuljettavat punasolut kuin immuunijärjestelmään kuuluvat valkosolutkin.

Ihmisellä veren kantasolut elävät luuytimessä, jossa ne tuottavat miljoonia uusia verisoluja joka tunti.

Luuytimessä vallitsevat ihanteelliset olosuhteet veren kantasoluille, ja siellä herkkä ja erittäin pitkälle erikoistunut verisolujen kehitysprosessi voi tapahtua turvallisesti.

Erilaistumisen jälkeen verisolu lähtee luuytimestä ja siirtyy verenkiertoon. Veren kantasolujen erityiskykyihin kuuluu myös se, että ne voivat omin avuin palata verestä luuytimeen.

Saadakseen selville, onko Botryllus-meri­tupella luuydinkudosta, tutkijat värjäsivät sen veren kantasoluja ja seurasivat niiden liikettä yhdyskunnan verenkierrossa.

Havaintojen mukaan veren kantasoluja veti puoleensa pitkulainen elin, endostyyli eli ravintokouru. Tarkempi tutkimus paljasti, mitkä geenit ovat siinä aktiivisia, ja tulos oli melkoinen yllätys tutkijoille.

Vaikka Botryllus-meritupen ja nisäkkäiden kehityslinjat erosivat yli 500 miljoonaa vuotta sitten, niillä on peräti 327 yhteistä perintötekijää, jotka joko ravintokourussa tai selkäytimessä säätelevät veri- ja immuunisolujen syntymistä.

Suuri osa Botryllus-meritupen immuunisoluista juontuu nisäkkäiden tapaan siitä verisoluhaarasta, jota kutsutaan myeloidiseksi kantasolulinjaksi.

Niiden tehtäviä ovat muun muassa vieraiden pieneliöiden, kuten bakteerien, virusten ja syöpäsolujen, nieleminen. Lisäksi Botryllus muodostaa niin sanottuja morulasoluja, jotka vastaavat selkärankaisten, kuten nisäkkäiden, immuunijärjestelmän luonnollisia tappajasoluja.

Proteiini paljastaa viholliset

Kun kaksi Botryllus-yhdyskuntaa lähestyy toisiaan yhteensulautumistarkoituksessa, morulasoluja alkaa virrata niiden kosketuskohtina toimivista ulokkeista, ampulleista.

Morulasolut ovat tunnustelijoita, jotka ottavat selvää yhdyskuntien liittymismahdollisuuksista. Yhteensopivuus riippuu viime kädessä BHF-geenistä, joka säätelee keskeisen ohjausproteiinin tuotantoa.

Geneettisesti yhteensopimattomat yhdyskunnat eivät tietenkään voi liittyä toisiinsa.

Jos yhdyskunnilla on sama versio proteiinista, ne alkavat kasvattaa yhdysveri­suonia, jotka mahdollistavat yhteisen verenkierron.

Sen sijaan siinä tapauksessa, että proteiiniversiot ovat erilaisia, morulasolut tekevät hyökkäyksen, joka johtaa tulehdusreaktiota muistuttavaan sotatilaan.

Tältä osin BHF muistuttaa ihmisen MHC:tä eli sitä geeniryhmää, josta riippuu siirteen luovuttajan ja vastaanottajan kudosten yhteensopivuus.

Tappajasolut tuhoavat ne solut, joilla ei ole hyväksyttäviä MHC-proteiineja.

Uutta toivoa elinsiirtopotilaille

Ihmisen ja Botryllus-meritupen verenmuodostus- ja immuunijärjestelmien yhteiset piirteet ovat herättäneet suurta huomiota.

Evoluutioteorian isä Charles Darwin oli varma siitä, että vaippaeläimet voivat paljastaa, kuinka selkärankaiset ovat syntyneet ja kehittyneet, koska ne muistuttivat toisiaan eläinkunnan historian aamuhämärässä.

Montereynlahden vaippaeläinten tutkimus tukee Darwinin käsitystä.

Botryllus-meritupen verenmuodostusjärjestelmällä on paljon yhteistä sen eläimen kanssa, joka edustaa täydellisesti selkärangattomien yksinkertaisen ja selkärankaisten monimutkaisen verenkierron välivaihetta.

Nisäkkäiden ja siten myös ihmisen veren kantasolujen tutkimusta vaikeuttaa se, että niiden käyttäytymistä elävien yksilöiden luuytimessä ei ole juuri mahdollista seurata.

Ongelmaa ei ole läpikuultavan Botryllusmeritupen tapauksessa, sillä tutkijat voivat helposti nähdä uusien verisolujen liikkeet yksilöissä ja yhdyskunnissa.

He pystyvät tarkkailemaan myös immuunisolujen vuorovaikutusta puolustustilanteissa ja yhdysverisuonien kasvua liitosprosessin aikana.

Havainnot saattavat antaa hyödyllistä tietoa ihmisen verenmuodostus- ja immuunijärjestelmien toiminnasta ja auttaa kehittämään esimerkiksi syövän, tulehdusten, allergioiden ja autoimmuunisairauksien hoitoa ja ehkäisyä.

Kasvaimia voitaisiin ehkä hävittää tehokkaammin, jos kyettäisiin edistämään immuunisolujen tuotantoa luuytimessä ja ohjaamaan niitä enemmän kasvainten luo.

Lisäksi Botryllus-merituppi voi johtaa mullistaviin menetelmiin elinsiirtojen alalla.

Jos onnistutaan selvittämään, millä tavalla yhdyskunnat toteavat voivansa sulautua yhteen, saatetaan keksiä uusia keino estää vastaanottajan immuunijärjestelmää tuhoamasta siirrettä.

Nykyäänhän on pakko käyttää jatkuvasti hylkimisenestolääkkeitä.