Kun solu jakaantuu, sen tukiranka kuroo tytärsolut erilleen.

TEKSTI:Petri Riikonen


Sisältö jatkuu mainoksen alla

Kun solu jakaantuu, sen tukiranka kuroo tytärsolut erilleen.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Julkaistu Tiede-lehdessä

8/2001




Vielä parikymmentä vuotta sitten joulumielinen biologi olisi saattanut verrata elävää solua kinkkupussiin, joka on täytetty luumukiisselillä. Pussi vastaa solukalvoa, kiisseli solulimaa ja luumut siinä kelluvia soluelimiä.

Nykykäsityksen mukaan pussiin pitäisi tunkea vielä koko sisuksen täyttävä jouluhimmeli, jossa jäykät oljet olisi yhdistetty kuminauhoin, ja luumutkin pitäisi oikeastaan ommella tähän himmeliin kiinni.

Solun sisässä on nimittäin proteiineista koostuva tukiranka, joka on kiinni solukalvossa ja halkoo solulimaa tiuhana kolmiulotteisena verkkona. Se kiinnittyy myös solun tumaan ja soluelimiin.

Osa verkonlangoista on jäykkiä proteiiniputkia, osa puolestaan venyviä ja supistuvia proteiinisäikeitä. Siksi solu muuttaa muotoaan esimerkiksi naapurisolujen puristuksessa tietyn järjestelmän mukaan kuin oljista ja kuminauhoista koottu himmeli - eikä miten sattuu, niin kuin kiisselillä täytetty pussi.




Jakaantumistutkijat saavat nobelin

  joulu-kuuta lääketieteen Nobelin palkinto yhdysvaltalaiselle Leland Hartwellille sekä brittiläisille Paul Nurselle ja Timothy Huntille.

Hartwell ja Nurse löysivät 1970-luvulla CDK-geenit, joiden tuottamat proteiinit toimivat solunjakautumisen moottorina: ne saavat solun jakaantumissyklin eri vaiheet alkamaan.

Hunt puolestaan löysi 1980-luvulla sykliineiksi kutsutut proteiinit, jotka toimivat kuin CDK-moottorin vaihde-laatikko: ne säätävät, saako solun jakaantumissykli pyörähtää seuraavaan vaiheeseen vai jääkö jakaantumis-koneisto joutokäynnille odottamaan.

Tarkemmin netistä: www.nobel.se/medicine/laureates/2001/


Rangan avulla solu liikkuu

Solurankaa voi verrata luihin ja lihaksiin, sillä sen jäykät mikroputket tukevat solua mikroskooppisten luiden tavoin ja sen mikrosäikeet voivat venyä ja supistua. Rangassa on myös mikrosäikeitä hieman paksumpia välikokoisia säikeitä, jotka yhdistävät rangan osia toisiinsa ja näin vahvistavat verkkoa.

Mikrosäikeiden avulla solu esimerkiksi ryömii alustaa pitkin. Säikeet koostuvat samoista proteiineista, jotka supistavat kokonaisia lihaksiakin ja sallivat niiden venymisen: aktiinista ja myosiinista. Myosiineissa on liikkuvia, vipumaisia osia, joilla ne kankeavat aktiinisäikeitä. Kun myosiinit vipuavat kahta vierekkäistä aktiinisäiettä vastakkaisiin suuntiin, säikeiden yhteismitta pitenee tai lyhenee.

Mikroputket eroavat luista parissa suhteessa. Ensinnäkin solu rakentaa ja hajottaa putkiaan nopeasti niin, että tukiranka muuttuu jatkuvasti solun tarpeiden mukaan. Toiseksi mikroputket itsekin voivat liikuttaa solua. Esimerkiksi solujen uintisiimoissa mikroputket toimivat paitsi tukirakenteena myös osana siiman liikemoottoria. Siinä vivulla varustetut proteiinit työntelevät mikroputkia samaan tapaan kuin myosiinit mikrosäikeiden aktiinia.

Tukiranka muodostaa myös solunsisäisen liikenteen kiskoverkon. Kun solu erittää tuotteitaan, ne kulkevat solun pintaan mikroputkia pitkin liukuvissa kalvokuplissa, jotka yhtyvät solukalvoon ja vapauttavat sisältönsä ulos. Kun solu nielee jotakin, sama tapahtuu käänteisesti. Kuplat ikään kuin kävelevät mikroputkia pitkin itseensä kiinnittyneiden vivullisten proteiinien avulla.


Samalla tavoin esimerkiksi energiaa tuottavat mitokondriot ja muut soluelimet voivat porhaltaa sinne, missä niitä eniten tarvitaan.

Solu jakaantuu, kun tilaa on sopivasti

Mikroputket osallistuvat myös solunjakautumisen näyttävimpään vaiheeseen: mitoosiin eli tumanjakautumiseen. Sen aikana kromosomit kahdentuvat ja järjestyvät mikroputkien piteleminä solun keskelle, ja sitten kunkin kromosomin tytärkromosomit liikkuvat solun vastakkaisiin päihin mikroputkia pitkin.

Elimistö pysyy hyvässä järjestyksessä ainoastaan, jos solut lisääntyvät vain silloin, kun niitä tosiaan tarvitaan enemmän. Soluviljelmien perusteella tiedetään, että solun jakaantumishalu riippuu käytettävissä olevasta tilasta.

Jos vaikkapa sidekudossoluja on viljelmässä harvakseltaan, ne leviävät litteiksi maljan pohjaa vasten ja alkavat jakaantua. Kun solu viimein tuntee ympärillään naapurisolujen puristuksen, se lakkaa lisääntymästä. Tällöin maljalla on yhtenäinen solumatto.

Elimistössä vastaava avara tila on esimerkiksi ihohaavassa, jonka peitoksi sidekudossolut alkavat kasvaa.

Jos taas solu irtaantuu alustastaan ja muista soluista, se tuntee ympärillään vain nestettä ja pyöristyy palloksi. Normaalitapauksessa se ei tällöin ala jakaantua vaan tappaa itsensä käynnistämällä kuolinohjelmansa eli apoptoosin. Näin se estää itseään muodostamasta syöpäkasvainta.

Litistys herättää jakaantumishalun

Tiedetään, että solun lisääntymishalua säätelevät ainakin kahdenlaiset ympäristön vaikutukset:

- kemialliset kasvutekijät ja hormonit


- tarttuminen sidekudokseen ja muihin soluihin (tai viljelymaljaan).

Vuonna 1997 yhdysvaltalaisen Harvardin yliopiston patologian professori Donald Ingber työryhmineen kertoi Science-lehdessä, että solu tarvitsee kolmannenkin viestin:

- jännitykset, joita solun muodonmuutos aiheuttaa sen tukirangassa.

Ingber käytti tutkimuksissaan teflonista viljelypohjaa, johon kiinnitettiin soluja varten mikroskooppisia tarttuma-alustoja; tefloniin solut eivät tartu.

Jos alustaa oli laajalti, solu levittäytyi ja tämän seurauksena alkoi jakaantua. Itseään suppeammalla alustalla solu ei jakaantunut vaan toimi kypsän kudossolun tavoin, ja aivan pikkuruisella alustalla se jäi pyöristyneeksi ja kuoli.

Käyttämällä lähekkäisiksi pikku täpliksi jaettuja tarttuma-alustoja Ingber myös osoitti, että säätely ei riipu esimerkiksi solun pintareseptorien tarttuma-alan laajuudesta vaan ainoastaan muodosta, johon tarttuminen solun venyttää.

Ranka pullistuu jopa kupoliksi

Vuonna 1998 varmistui, että jakaantumishalu välittyy nimenomaan rangan jännitysten kautta. Tuolloin Ingber ja kollegat raportoivat Molecular Biology of the Cell -lehdessä, että kun viljelmään lisättiin kemikaalia, joka laukaisi mikrosäikeiden jännitykset, laajoiksi levittäytyneetkään solut eivät enää käynnistäneet jakaantumisprosessiaan. Kyse ei ollut jakaantumiskyvyn menetyksestä, sillä solut kyllä jatkoivat prosessia, jos se oli alkanut jo ennen kemikaalin lisäämistä.

Ingberin mukaan jännitykset muodostavat solurangan verkossa kahdenlaisia tasapainotilanteita.

Näistä tavallisemmassa tapauksessa jäykät ja supistuvat osat tukevat toisiaan niin, että jäykät osat pyrkivät venyttämään supistuvia ja supistuvat puristamaan jäykkiä.

Toisessa tilanteessa jäykät putket asettuvat toistuviksi kolmioiksi ja muodostavat ilmavan mutta tukevan geodeettisen kupolipinnan, jollainen on tuttu esimerkiksi Lontoon Millennium Domesta. Tällainen kupoli syntyy tukirangasta tuman päälle, kun solu levittäytyy litteäksi alustaa vasten ja tuma jää pullottamaan möykkynä solun keskelle.

Ingberin tutkimuksista lisää: The Architecture of life, Scientific American, January 1998, s. 48-57. The structural and mechanical complexity of cell-growth control, Nature Cell Biology, September 1999, s. 131-138.


Sisältö jatkuu mainoksen alla