Teksti Kemia-lehti, kuvat Itä-Suomen yliopisto
Veikko Erosen väitöstutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää kortisolia ja testosteronia mittaavien vasta-ainetestien kehityksessä. Tutkimus tehtiin yhteistyössä VTT:n kanssa.
Veikko Eronen tutki väitöstyössään kortisolia ja testosteronia mittaavien vasta-ainetestien kehitystä.
Hän tutki kahta vasta-ainetta, joista toinen sitoo kortisolia ja toinen testosteronia. Lisäksi hän tutki testosteronia sitovan vasta-aineen ja toisen niin sanotun anti-idiotyyppi-vasta-aineen muodostamaa kompleksia, joka muodostuu vain, kun testosteroni on sitoutunut ensin mainittuun testosteronia sitovaan vasta-aineeseen.
Tutkimus tehtiin yhteistyössä Teknologian tutkimuskeskus VTT:n kanssa, ja sen tarkoituksena on kehittää vasta-aineita vasta-ainetesteihin, joilla mitattaisiin kortisolin ja testosteronin pitoisuuksia elimistöstä.
Steroidihormonit yhteydessä terveydentilaan
Molemmat tutkituista molekyyleistä ovat steroidihormoneja, joiden pitoisuudet elimistössä ovat yhteydessä kehon terveydentilaan.
Kortisoli on ihmiskehon suuripitoisin glukokortikoidi, ja sitä kutsutaan yleisesti myös stressihormoniksi, sillä stressitila lisää sen pitoisuutta kehossa. Poikkeava kortisolipitoisuus on myös yhteydessä joihinkin sairauksiin kuten Addisonin tautiin (matala kortisolitaso) tai Cushingin oireyhtymään (korkea kortisolitaso).
Testosteroni on ihmiskehon suuripitoisin androgeeni eli mieshormoni, jonka pitoisuus vaikuttaa moniin kehon fyysisiin ja psyykkisiin ominaisuuksiin niin miehillä kuin naisillakin.
”Steroidihormonien mittaukseen käyttökelpoisten vasta-aineiden kehittäminen on haastavaa steroidien pienten pitoisuuksien ja samankaltaisten yhdisteiden suuren määrän takia. Se vaatii vasta-aineelta korkeaa sitoutumisvoimakkuutta ja spesifisyyttä juuri kyseiseen steroidihormoniin ristireaktiivisuudesta aiheutuvan virheellisten tuloksen välttämiseksi”, Veikko Eronen kertoo.
Rakenteiden määrittelyä
Tutkimuksessa määritettiin vasta-ainemolekyylien antigeeniä sitovan osan (Fab) rakenteita, sekä Fab:n ja steroidien sitoutumisvoimakkuutta kuvaavia dissosiaatiovakioita. Yksittäisille Fab-molekyyleille rakenne määritettiin kokeellisesti röntgenkristallografialla ja kahden Fab:n kompleksille laskennallisesti.
Kortisolia sitovan Fab:lle määritettiin viisi rakennetta, rakenne ilman ligandia sekä kompleksirakenne neljän eri glukokortikoidin kanssa, sekä sitoutumisvoimakkuus yhdeksälle eri steroidihormonille.
”Rakenteet ovat ensimmäisiä julkaistuja kortisolia sitovan vasta-aineen kiderakenteita. Sitoutumisvoimakkuuden määrityksessä havaittiin, että vasta-aine on voimakkaan kortisolisitoutumisen ohella myös erittäin ristireaktiivinen prednisoloni-lääkeaineen kanssa, mikä johtuu molekyylien lähes identtisestä rakenteesta”, Veikko Eronen kertoo.
Testosteronia sitovalle Fab:lle määritettiin kiderakenne testosteronin kanssa sekä sitoutumisvoimakkuus testosteronin ohella kolmelle muulle androgeenille.
”Sitoutumisvoimakkuuskokeissa havaittiin, että vasta-aine on ristireaktiivinen erityisesti dihydrotestosteronille, joka muistuttaa rakenteeltaan paljon testosteronia. Testosteronia sitovan vasta-aineen ja anti-idiotyyppi-vasta-aineen kompleksi kyettiin mallintamaan laskennallisesti, ja tuloksen perusteella kompleksin muodostuminen perustuu vasta-aineiden väliseen komplementäärisyyteen sekä hydrofobisiin vuorovaikutuksiin, joita testosteronin sitoutuminen parantaa. Kompleksin sitoutumisvoimakkuuden havaittiin olevan liian heikko sovellettavaksi vasta-ainetesteihin”, Eronen kertoo.
Hyötyä vasta-ainetestien kehittämiseen
Tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää kortisolia ja testosteronia mittaavien vasta-ainetestien kehityksessä.
”Kortisolia sitovan vasta-aineen sitoutumisvoimakkuus kortisolin kanssa on riittävä siihen, että sitä voitaisiin soveltaa kortisolin mittaukseen käytettävän vasta-ainetestin kehittämiseen. Toisaalta sen korkea ristireaktiivisuus prednisolonin kanssa estäisi testin luotettavan käytön, jos mitattavalla henkilöllä on esimerkiksi prednisolonilääkitys”, Eronen sanoo.
Testosteronia sitovan vasta-aineen sitoutumisvoimakkuus on saatujen tuloksien pohjalta kohtalaisen hyvä ja sitä voitaisiin teoriassa käyttää tapauksissa, joissa mitattavan henkilön testosteronikonsentraatiot ovat riittävän korkeat. Kahden vasta-aineen kompleksin välisen kompleksin sitoutumisvoimakkuus ei ole riittävä eikä se sovellu vasta-ainetesteihin ilman jatkokehittämistä.
VTT mukana
Kaikki tutkimuksessa käytetyt vasta-aineet on tuotettu Teknologian tutkimuskeskus VTT:llä ja steroidit ostettu kaupallisilta valmistajilta.
Röntgenkristallografialla tehtyä rakennemääritystä varten vasta-aineet on kiteytetty, kiteistä on mitattu diffraktiokuvat ja kuvien pohjalta saadusta datasta on määritetty elektronitiheyskartta, jota on käytetty Fab:n proteiinimallin rakentamiseen.
Laskennalliset kahden Fab:n rakennemääritykset on tehty kahdella tavalla: röntgenkristallografialla saatujen kiderakenteiden pohjalta luotujen mallien sovittamiseen (molecular docking) sekä puhtaasti vasta-aineiden aminohapposekvenssiin pohjautuvalla ennustuksella, joka on toteutettu tekoälyyn perustuvalla AlphaFold-ohjelmalla.
Vasta-aineiden ja steroidihormonien välisen sitoutumisvoimakkuuden määrittämiseen käytettiin massaspektrometriaa. Sitoutumisvoimakkuuden määritys perustuu titrauskokeisiin, jossa eri ligandikonsentraatiota mitataan vakioproteiinikonsentraatiossa. Sitoutuneen ja vapaan ligandin määrä voidaan selvittää kokeen tuloksena saadusta kuvaajasta eli massaspektristä. Eri ligandikonsentraatioissa saatuja tuloksia yhdistämällä proteiinin ja ligandin välinen dissosiaatiovakio voidaan määrittää matemaattisesti.
FM Veikko Erosen kemian alaan kuuluva väitöskirja Structure-function studies of steroid-binding antibodies: Insights into the ligand recognition and the cross-reactivity of anti-cortisol and anti-testosterone antibodies tarkastettiin Itä-Suomen yliopistossa 12.9.2024. Vastaväittäjänä toimi professori Tiina Salminen Åbo Akademista ja kustoksena dosentti Nina Hakulinen.
Mies, joka kehitti lääkkeen eturauhassyöpään: ”Jatkuvaa salapoliisityötä”
Väitös: Ennenaikaiseen siemensyöksyyn apua vaikuttamalla hermostoon
VTT julkaisi 5 megatrendiä – DNA-pohjainen datatallennus ja älylaastarit tulevat
