Kolesteroli tarjoaa tukevat telineet taudinaiheuttajille. Se voi olla osasyyllinen moneen sairauteen.

Kuvittele, että kellut uima-altaassa. Sinulla on palloja ja kapuloita, ja sinun täytyy yhdistää ne määrätynlaiseksi kuvioksi. Mahdotonta. Pallot ja palikat eivät pysy paikallaan vaan kelluvat omille teilleen. Mutta vaihdapa vesi hyytelöksi, niin tehtävä onnistuu paremmin.

Jos olet koskaan ihmetellyt, mihin koles­terolia tarvitaan, niin tämä hyytelövaikutus on eräs sen tärkeimmistä tehtävistä. Pallot ja palikat edustavat proteiinien osia solukalvolla. Proteiinit ovat pieniä kiinteitä kappaleita, joista kootaan esimerkiksi reseptoreja. Reseptorit ovat solujen tuntosarvia, jotka ulottuvat solukalvon ulkopuolelle ja aistivat, mitä ulkopuolella tapahtuu.

Muodostaakseen reseptoreja tai ionikanavia proteii­nien on pysyttävä oikeassa muodostelmassa. Mutta miten ne sen tekevät, kun solukalvo on rasvaisen niljakasta? Vastaus on kolesterolissa. Kun proteiinit antavat merkin, että ne aikovat koota itsensä, kolesteroli muodostaa ympärille kalvoa jäykistävän hyytelön. Hyytelö tukee proteiinien rakentumista, ja joissakin tapauksissa kolesterolimolekyylit ovat olennainen osa itse proteiinin rakennetta.

Suomalainen synnytti idean

Proteiinien ympärille muodostuvasta hyytelöstä käytetään nimitystä lipidilautta. Nimi viittaa siihen, että solukalvon kolesteroli ei ole jakautunut tasaisesti kaikkialle solukalvolle vaan muodostaa tällaisia kelluvia lauttoja. Kolesterolin lisäksi lautassa on muitakin lipidejä eli rasva-aineita, esimerkiksi sfingolipidejä ja glykolipidejä. Eräs lipidilauttojen alaluokka ovat kaveolit, jotka ovat muodoltaan kuoppamaisia tai pullonmuotoisia.

Jos meillä olisi riittävän voimakas mikroskooppi, näkisimme, kuinka nämä lautat ovat jatkuvassa liikkeessä. Ne hajoavat nanokokoisiksi, yhtyvät suuremmiksi ja hajoavat jälleen. Myös lipidien koostumus lautassa vaihtelee. Jatkuva muodonmuutos johtunee siitä, että mikään solu ei pidä kaikkia reseptorejaan koko ajan vahdissa. Päinvastoin, niitä tuotetaan ja hajotetaan tarpeen mukaan. Lipidilautatkin liikkuvat sinne, missä niitä tarvitaan, ja niiden koostumus vaihtelee koottavien ja tuettavien proteiinien mukaan.

Oivallus, että lipidit liittoutuvat solukalvolla lautaksi, on suomalaisittain tärkeä. Idean isä on suomalainen molekyylibiologi Kai Simons, joka loi mittavan kansainvälisen uran Euroopan molekyylibiologisen laboratorion johtajana Heidelbergissä sekä myöhemmin Max Planck -instituutin johtajana Dresdenissä. Suomessa työtä on jatkanut Elina Ikosen laboratorio Helsingin yliopiston Biomedicumissa. Työ on haastavaa, sillä nanokokoisia lauttoja on erittäin vaikea visualisoida.

– Jotkut tutkijat ovat väittäneet viime vuosiin asti, ettei lipidilauttoja edes ole olemassa, sanoo Ikonen.

Pöpöt tarttuvat telakkaan

Reseptorien oikea toiminta on solulle välttämätöntä. Jos reseptori ei toimi tai toimii väärin, koko solu voi menettää toimintakykynsä. Monien syöpien taustalla on rikki mennyt reseptori. Koska lipidilautat säätelevät reseptorien toimintaa, niiden merkitystä terveydessä on tutkittu paljon. Jos lauttaa ei muodostu tai se muodostuu väärin, voi reseptorikin toimia väärin.

Lipidilauttojen ilmeisin terveysnäkökohta liittyy kuitenkin infektiotauteihin. Monet taudinaiheuttajat nimittäin käyttävät lipidilauttoja eräänlaisina telakoitumispaikkoina, joista ne pääsevät solun sisään. Näitä ovat esimerkiksi hepatiittivirukset, hi-virus, mykobakteerit sekä alkueläimistä malarialoisio.

Lipidilautat ovat taudinaiheuttajille  enemmän kuin pelkkiä astinlautoja. Päästessään lipidilautoille taudinaiheuttajat voivat pysytellä isäntäsolulta piilossa. Toisekseen, jos isäntäsolu havaitsee tunkeutujan ja haluaa kutsua immuunisolut hätiin, sijainti lipidilautalla antaa tunkeutujalle etulyöntiaseman. Hälyttävä reseptori nimittäin rakennetaan nimenomaisesti lipidilautalle, ja sieltä käsin tunkeutuja voi estää hälytyksen.

Hi-viruksen strategia paljastaa, miksi lipidilautat ovat suosittuja infektioportteja. Hi-virus itsessään on kuin palloksi kiertynyt lipidilautta. Sen kuori koostuu pääasiassa kolesterolista ja sfingolipideistä. Se ei ainoastaan tule solun sisään lipidilauttojen kautta, vaan hyödyntää niitä uusien virusten kopioimisessa.

Hi-virus liittyy ensin osaksi isäntäsolun dna-ketjua. Tämän jälkeen se perustaa eräänlaisen virustehtaan eli alkaa tuottaa proteiineja, joista kootaan uusia viruksia. Tämä kokoaminen tapahtuu nimenomaisesti lipidilautoilla. Samalla uudet virukset sisällyttävät lipidilauttojen pintamolekyylejä omaan pintarakenteeseensa, minkä vuoksi immuunisolut eivät tunnista niitä vieraiksi.

Ikosen mukaan hi-viruksen tapa hyödyntää lipidilauttoja kertoo jotakin yleistä niiden luonteesta.

– Ne ovat eräänlaisia työpajoja, joissa proteiineja hajotetaan ja kootaan uudelleen. 

Osuutta Alzheimerin taudissa

Lipidilauttojen osuudesta Alzheimerin taudissa on keskusteltu paljon. Pitkään on tiedetty, että Alzheimerin taudilla on yhteys kolesteroliin. Geenimuunnokset, jotka ovat yhtey­dessä korkeisiin kolesteroliarvoihin, altistavat myös Alzheimerin taudille. Tutkijoille oli pitkään epäselvää, miten kolesteroli lisää Alzheimerin taudin riskiä, mutta vastaus näyttää liittyvän ainakin osin siihen, mitä lipidilauttojen työpajoissa tapahtuu. 

Alzheimerin taudin perusongelmana on niin sanotun amyloidiplakin kertyminen aivoihin. Beeta-amyloidi-nimistä proteiinia kertyy hermosolujen väliin kiinteiksi klimpeiksi, joita on käytännössä mahdotonta hajottaa. Kerty­mien uskotaan aloittavan prosessin, joka johtaa hermosolujen kuolemaan.

Prosessi alkaa pitkästä app-proteiinista, joka leikataan lyhyemmiksi pätkiksi. Jos leikkausprosessi tapahtuu entsymaattisilla saksilla nimeltä alfa-sekretaasi, leikkaaminen tapahtuu oikein. Tällöin app:stä ei muodostu beeta-amyloidia.

Jos leikkaaminen sen sijaan tapahtuu beeta-sekretaasisaksilla, jotakin menee pahasti vikaan. Väärin leikatut pätkät saksitaan vielä lyhyemmiksi, ja nämä pätkät ovat beeta-amyloidia.

Viime vuosina on oivallettu, miksi app joutuu vääriin saksiin. Jos app:hen on liittynyt kolesterolimolekyyli, se ohjataan leikeltäväksi lipidilautalle. Ongelmana on, että lipidilautalla on käytössä vain beeta-sekretaasia, joten app leikataan siellä väärin. Tämä näyttää tarjoavan selityksen sille, miksi kolesteroli altistaa Alzheimerin taudille. Jos solussa on liikaa kolesterolia, suuri osa app:stä ohjautuu lipidilautoille, ja siellä se työstetään amyloidiksi.

Kovettaako suonetkin?

Mielenkiintoinen kysymys on, onko lipidilautoilla tekemistä toisen tunnetun kolesterolisairauden eli valtimonkovettumataudin kanssa.

Valtimonkovettumataudin kulku tunnetaan hyvin. Kun valtimon seinämiin on kerääntynyt ylimääräistä kolesterolia, makrofagit saapuvat paikalle syömään sitä pois. Tarkoitus on hyvä, mutta seuraukset katastrofaaliset. Makrofagit nimittäin ahmivat itsensä niin täyteen kolesterolia, että ne paisuvat ja muuttuvat niin sanotuiksi vaahtosoluiksi. Näistä kuolleista vaahtosoluista alkaa muodostua paikalle kova valtimoplakki.

Makrofagien ongelma näyttää liittyvän läheisesti lipidilauttoihin. Voidakseen ottaa kolesterolia sisäänsä makrofagit ovat riippuvaisia reseptori cd36:sta, ja se puolestaan voi toimia vain ollessaan lipidilautalla. Myös voidakseen poistaa ahmimansa kolesterolin hdl-hiukkasille makrofagi tarvitsee lipidilauttaa. Makrofageilla on ongelmia kahdessa päässä lipidilauttojen ohjaamaa prosessia. Ne eivät hallitse ko­lesterolin sisäänottoa eivätkä kykene ulostamaan kolesterolia riittävän tehokkaasti. Tämä voi johtua siitä, että makrofagin itsensä ahmima kolesteroli haittaa lipidilauttojen toimintaa.

Ikonen korostaa, että kolesteroli ei ole vaarallista niin kauan kuin se kiertää veressä. Vahingolliset vaikutukset tulevat, kun kolesteroli siirtyy solujen sisään. Jos solut ottavat liikaa kolesterolia, tasapaino voi mennä herkästi sekaisin, kuten Alzheimerin taudin epäillyssä syntymekanismissa. App tarraa erehdyksessä kolesterolimolekyyliin ja joutuu työstettäväksi väärään työpajaan.

Lipidilauttojen vikoihin voisi vaikuttaa lääkkeillä, mutta sitä ennen on tiedettävä tarkemmin, mitä lipidilautoissa tapahtuu. Tutkijat ovat jo osoittaneet, että jos soluista poistetaan kolesterolia tai estetään lipidilauttoja muodostumasta, niistä riippuvaisten virusten ja bakteerien eteneminen pysähtyy. Ikosen mielestä tietoa voitaisiin hyödyntää uudenlaisilla kolesterolimittauksilla.

– Voisimme mitata kolesterolia soluista eikä vain verestä, hän sanoo. Se antaisi todenmukaisemman kuvan ongelmasta ja voisi vaikuttaa siihen, kenelle kolesterolia vähentävää lääkitystä määrätään.

Jani Kaaro on vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 9/2013