HIF prolyyli 4-hydroksylaasien roolien karakterisointi aineenvaihdunnassa ja rasvasolujen erilaistumisessa, sekä transmembraani prolyyli 4-hydroksylaasin rooli ikääntyvissä kudoksissa

Hypoksiavaste on fysiologinen responssi alentuneeseen happipitoisuuteen. Kun happipitoisuus solun sisällä vähenee, aktivoituvat HIF-tumatekijät, jotka saavat aikaan muuntuneen geenivasteen tarkoituksenaan säilyttää solun elinkyky. Yksi keskeisistä geenisäätelypoluista on aineenvaihdunta: Normaaleissa happiolosuhteissa glukoosi on mahdollista hapettaa loppuun tuottaen mahdollisimman suuren määrän energiaa solun käyttöön. Kun happea ei ole, energiaa tuotetaan tehottomasti käyttäen hyväksi hypoksiavasteen ohjaamia ei-hapettavia energiantuottoreittejä: Glukoosia tarvitaan täten enemmän kattamaan solun energiatarpeet. Hypoksiavaste on mahdollista aktivoida joko vähentämällä ilman happipitoisuutta tai estämällä HIF-proteiineja sääteleviä entsyymejä (HIF-P4H) farmakologisesti tai geneettisesti. HIF-P4H-2 -entsyymin osittaisella estolla on osoitettu aiemmin olevan aineenvaihdunnallisesti suotuisa vaikutus: Hiiret painavat vähemmän ja niillä on vähemmän rasvakudosta sekä rasvakudoksen tulehdusta. Hypoksiavasteen vaihtoehtoisen energia-aineenvaihduntareitin hyödyntäminen voisi siten toimia keinona liikalihavuuden ja metabolisen oireyhtymän hoidossa.

Tässä väitöskirjassa tutkimme eri HIF-isoentsyymien roolia aineenvaihdunnassa käyttäen apuna farmakologisia HIF-P4H -inhibiittoreita sekä poistogeenisiä hiiriä. Tutkimuksemme osoittivat HIF-P4H-2 eston olevan kaikista hyödyllisin sokeriaineenvaihdunnan ja lihavuuden torjunnan kannalta. Myös HIF-P4H-1 entsyymin esto oli pääosin neutraali tai osittain positiivinen, kun taas HIF-P4H-3 esto todettiin haitalliseksi. Tutkimme myös hypoksiavasteen vaikutusta rasvasolujen erilaistumiseen käyttäen farmakologisia inhibiittoreita sekä HIF-P4H-2 entsyymille hypomorfisiä hiiriä. Tutkimuksemme osoittivat, että kaikkien HIF-isoentsyymien esto on epäsuotuisa rasvasolujen erilaistumisen kannalta ja johtaa pienempään määrään kehittyneitä soluja – HIF-P4H-2 -entsyymin esto todennäköisesti vaikuttaa positiivisesti hiirien painonkehitykseen sekä rasvasolukon yleiseen terveyteen, kun taas kaikkien entsyymien esto aiheuttaa epäsuotuisia muutoksia prosessissa. Lisäksi tutkimme P4H-TM -entsyymiä, jonka mutaatio aiheuttaa vaikeaa kehitysvammaisuutta, silmän häiriöitä ja lihasheikkoutta ihmisillä. Entsyymille poistogeenisten hiirten keuhkoputkien epiteelisoluista löydettiin mitokondriopoikkeamia, jotka voivat olla ihmispotilaillakin raportoitujen toistuvien keuhkosairauksien taustalla. Löysimme entsyymille myös uusia ilmenemispaikkoja selkäytimestä aivojen lisäksi: Epäilemme että keuhkoputkessa nähdyt mitokondriomuutokset voivat olla läsnä myös selkäydinsolupopulaatioissa ja vaikuttaa siten myös potilailla havaittuihin oireisiin.