Uurimise lähtekoht on teadmine, et jagunemiseks peab iga rakk oma DNA-d kahekordistama. Vähirakud jagunevad organismi n-ö tavalistest rakkudest kiiremini, kusjuures see paljunemise kiirus sõltub suuresti just DNA dubleerimisest. Asjaolu muudab DNA uurimise vähiravis paljutõotavaks suunas.

Mida rohkem teame, kuidas vähirakud oma DNA-d paljundavad, seda paremini saab seda protsessi teadlikult suunata. Lõppeesmärk on pidurdada või peatada vähirakkude levikut või need lõplikult tappa. Nii asuski rühm Tallinna Tehnikaülikooli teadlasi eesotsas vanemteadur Tatiana Moiseevaga tegelema alusuuringutega, et esmalt välja selgitada, kuidas rakud alustavad DNA dubleerimise protsessi.

Kuidas peatada vähirakkude kasv?

Viimatine Moiseeva kirjutatud teadusartikkel ilmus ajakirjas Nature Communication. Töö keskendus DNA-le ja vähile ehk sellele, kuidas sõltub vähirakkude areng ja selle arengu kiirus DNA-st. Vanemteaduri uuringu lähtusid esmalt teadmisest, et igas rakus sisaldub ka DNA – konkreetsele organismile ainuomane geneetiline järjestus.

See määrab paljuski ära selle organismi elukaare. DNA-sse on talletatud kogu info selle kohta, kuidas rakk toimib ja mis seda iseloomustab. Rakud ise paljunevad jagunemise teel, kusjuures selle eeldus on DNA kahekordistumine raku kasvufaasis (interfaas). Kui DNA-d ei kopeerita, siis ei saa ka rakk poolduda. See on edasiste uuringute lähtepositsioon.

On veel teada, et kui DNA saab mingil põhjusel kahjustada, võib see viia selleni, et algselt terve raku baasil hakkavad arenema vähirakud. Kahjustused võivad tekkida elutegevuse käigus. Lisaks võib DNA kui organismi pärilikkuse kandja saada kahjustada kopeerimise tagajärjel. Taolised mutatsioonid põhjustavad sageli vähkkasvajate teket. Sestap on teaduse üks uurimissuund õppida läbi DNA tundma inimese genoomi, et nõnda välja selgitada ja ennetada pärilikke haigusi.

Tatiana Moiseeva teadustöö pikem plaan on leida ained, mis vähirakkude DNA kopeerimist pärssides takistaksid ka vähirakkude endi jagunemist. Nii võiksid tulevikus olla aluseks tõhusate vähiravimite väljatöötamisel või parandada muul moel vähiravi tulemuslikkust.

"Mina uurin konkreetselt seda protsessi, kuidas rakk kahekordistab DNA-d. DNA on rakus ülimalt kokkusurutud kujul. Kui see laiali venitada, saame umbes kahe meetri pikkuse rea, mistõttu peab ka DNA dubleerumine toimuma väga täpselt," kirjeldas Moiseeva oma töö sisulist poolt.

"Rakk muidugi teab, kuidas seda keerulist protsessi läbi viia. See ongi just see, mida meie teadlasrühm uurib ja tundma õpib – kuidas rakk kahekordistab DNA-d, et seejärel ise jaguneda. Selle protsessi olemust on tähtis teada, sest kui DNA rakus ei jagune, ei saa ka rakud jaguneda. Kui me teame, mis takistab DNA dubleerumist, saame seda kasutada rakkude arengu peatamiseks, näiteks just vähirakkude puhul," märkis vanemteadur

Selliste teadmiste põhjal saaks lõpuks välja töötada preparaate, mis pärsivad rakkudel DNA juurde tootmiseks. See omakorda annaks tõhusa panuse vähirakkude tõrjumisel organismis.

Uuritakse DNA kopeerimist rakkudes

Tatiana Moiseeva selgitas, et DNA dubleerimise algatamiseks tuleb kaks DNA ahelat eraldada spetsiaalse molekulaarmasinaga, mida nimetatakse helikaasiks. Pärast ahelate eraldamist teevad masinad – DNA polümeraasid, kahe eraldatud ahela peale teise ahela. Nõnda luuakse viimaks kaks DNA kaheahelalist koopiat.

DNA arengut on siiamaani palju uuritud pärmirakkude baasil, aga Moiseeva kinnitab, et kõiki inimrakkudes toimuvaid protsesse ei saa pärmirakkudele n-ö üks-ühele üle kanda. Inimorganismis piisavalt hästi toimivat preparaatide loomiseks, mis DNA dubleerimise teatud juhtudel välja lülitaksid, tuleb need katsed suunata juba kindlatele vähirakkudele.

Teadlastele on juba mõnda aeg teada, et pärmirakkudes on helikaasi esialgseks kokkupanekuks ja aktiveerimiseks vajalik üks polümeraasidest – DNA polümeraas epsilon. Seda protsessi ei ole aga kunagi uuritud inimrakkudes. Seda tuleb teha, sest nõnda saame luua tulevaste rakenduste jaoks asjakohasema süsteemi," rääkis Moiseeva.

Nii lõi ja kasutas Moiseeva kolleegidega geneetiliselt muundatud inimese vähirakke, mis on võimelised DNA polümeraasi kiiresti lagundama "See võimaldas uurida polümeraasi kindlat rolli DNA dubleerimise alguses. Nii nagu pärmirakud, ei suutnud ka vähirakud polümeraasi puudumisel DNA dubleerimist korralikult käivitad," selgitas vanemteadur.

Oluline eristada terveid rakke vähirakkudest

Teadlaste jaoks üllataval kombel piisas DNA dubleerimise alustamiseks polümeraasi sellisest suikunud olekus versioonist, mis ise DNA ahelat ei kopeeri. "See näitab, et inimese vähirakkudes on DNA polümeraasi epsilonil roll DNA dubleerimise alguses, mis on eraldiseisev selle võimest kopeerida DNA-d," märkis Tatiana Moiseeva.

DNA polümeraasi mutatsioonid laiemalt on sageli seotud vähi ja rakkude arenguhäiretega. "Käesolevas uuringus loodud süsteem aitab meil uurida, kuidas need mutatsioonid mõjutavad DNA dubleerimist, et liikuda senisest paremate ravimeetodite väljatöötamise suunas mitmesuguste haiguste puhuks," leidis Moiseeva.

Vähirakkude oluliselt kiirem paljunemine annab teadlastele alust loota, et kui õnnestub välja töötada preparaat DNA paljundamise peatamiseks, toimib see ennekõike ja kiiremini just kiirema arenguga vähirakkudes. Terved rakud jääks suuresti puutumata või häiriks see nende arengut vähem.

Samas on organismis ka terveid rakke, mis paljunevad kiiresti – näiteks vere-, naha- ja seedeelundite rakud. Viimase tõttu ongi olnud nendes kudedes areneva vähiga võitlus keeruline. Näiteks kaasneb ka keemiaraviga tervete rakkude kahjustamise. Nii seisab teadlaste ees ülesanne leida moodused, kuidas ka sellisel juhul takistada ainult vähirakkude arengut, jättes samas terved rakud mõjutamata.

Nüüdseks on Tatiana Moiseeva teadlasrühmsaanud oma uurimistöö süvendamiseks ka grandi, mis võimaldab oma rühma kaasata doktorante. Nii loodab ta tulevikus läbi viia veel mitmeid rakusisese DNA dubleerumismehhanismi uuringuid. Ka käesolev uurimistöö on osa kolme Tallinna Tehnikaülikooli doktorandi teadustööst.

Venemaalt läbi Ameerika Eestisse

Tallinna Tehnikaülikooli (TTÜ) loodusteaduskonna keemia- ja biotehnoloogia instituudi vanemteadur Tatiana Moiseeva on oma erialaselt ettevalmistuselt molekulaarbioloog. Teadlasekarjääri alustas ta 2005. aastal õpingutega Peterburi Polütehnilises Ülikoolis ja seejärel Venemaa Teaduste Akadeemia Peterburi tsütoloogia instituudis. Seejärel siirdus Moiseeva pea kuueks aastaks Ameerika Ühendriikidesse Pittsburghi ülikooli ja jõudis 2019. aasta teises pooles Tallinna Tehnikaülikooli.

Juba Venemaa aastatel mitme riikliku teaduspreemiaga pärjatud Tatiana Moiseeva kaitses doktorikraadi 2010. aastal. USA-s oli ta juba täiskohaga järeldoktor.

Järeldoktori amet on aga teadagi piiratud konkreetse teadusprojekti ja selleks eraldatud grandiga. Nõnda tekkis peagi vajadus leida mingi stabiilne töö. Sama teema tõstatus Ameerikas olles ka Tatiana Moiseeva samuti teaduse vallas tegutseva abikaasa jaoks. Kui viimasele tehti pakkumine Tehnikaülikooli tööle tulla, otsustatigi see vastu võtta ja Eestisse siirduda.

Kohapeal selgus, et sobilik töö ja arenguvõimalused leiduvad TTÜ-s ka Tatiana jaoks. Nüüd, üle kolme aasta siin elanuna ütleb ta, et on toonase valikuga väga rahul – töö on huvitav ja Ameerikas alustatud uurimisvaldkond pakub avaraid võimalusi.

Eestis Tallinna Tehnikaülikooli loodusteaduskonna keemia ja biotehnoloogia instituudis töötades keskendub Tatiana Moiseeva bio- ja keskkonnateadustega seotud uuringutele. Selle alla liigituvad ka terviseuuringud. Näiteks tegeleb ta teadussuundadega nagu biokeemia, geneetika, mikrobioloogia, rakubioloogia, molekulaarbioloogia jmt.

Moiseeva rääkis, et teada on alati huvitanud molekulaarbioloogia ehk siis kõik rakkudesse puutuvad mehhanismid – kuidas rakud töötavad, kuidas on üles ehitatud ja mis neid protsesse mõjutavad. Ehk siis hästi üldistatult väljendudes – teda huvitavad kõik need algosad, mis tavainimesele jäävad märkamatuks, aga mille loodus on kord loonud ja tänu millele saame me kõik üldse elusate organismidena olemas olla.