Siden oppdagelsen av det humane genomet har vi hatt muligheten til å studere de forskjellige delene av genomet. Det som er karakteristisk for din fenotype, som fargen på øynene dine, er definert av et bestemt protein.
– Vi har rundt 20 000 proteiner i genomet vårt, forteller Sahu, men disse utgjør bare 2 prosent av den totale humane genomsekvensen. Så hva gjør de resterende 98 prosentene av genomet? Som art har vi båret dem med oss gjennom hundre millioner av år med evolusjon.
Disse 98 prosentene av genomet ble tidligere behandlet som "junk DNA" – ikke-kodende DNA ansett som evolusjonær detritus. Likevel har forskere de siste tiårene forstått at de resterende prosentene har en viktig regulerende funksjon. Selv om de i seg selv ikke har en kodende funksjon, påvirker de reguleringen av gener. Siden menneskets DNA ble sekvensert, har mye av denne regulerende funksjonen blitt studert. Vi har fått en bedre forståelse av hvordan disse 20 000 proteinene fremstår og hvordan de kontrolleres.
– Tenk på en sykdomstilstand, der det er bestemte proteiner som styrer mutasjonene. Vi må forstå hvordan disse proteinene reguleres. Nøkkelen ligger i genomet. For å forstå komplekse sykdommer som kreft hvor det er flere ting som foregår, må vi forstå mekanismene som fører til dette, forklarer Sahu.
Sahu er først og fremst interessert i å forstå disse 98 prosentene, som han kaller den mørke materien i det humane genomet. Denne ikke-kodende reguleringen inneholder nøklene til å forstå ikke bare normal fysiologi, men også funksjonsfeil. En svært vanlig funksjonsfeil er kreft. Målet med forskningen ledet av Sahu er å forstå mer om hvordan kreftgenomet reguleres, hva som er de definerende faktorene, hvilke molekyler som påvirker hverandre og hvordan alle disse faktorene fungerer på genomnivået.
Å forstå kreft ut fra cellelinjer
Kreft er ikke bare resultat av ukontrollert vekst. Sahu forklarer at det kommer inn mange forskjellige signaler via kreften, og disse signalene bæres av bestemte faktorer. En av dem er deregulering av genuttrykket, eller deregulering av proteinene som styrer bestemte baner.
– Kan vi finne ut mer om hvilke andre faktorer som styrer disse banene på en uvanlig/avvikende måte i en sykdomstilstand som kreft? Et viktig aspekt er hvor disse faktorene binder seg i vårt genom. Er mønsteret nesten det samme som i normale celler, sett bort fra sykdomstilstanden kreft. Hvis vi finner disse forskjellene, får vi også bedre biomarkører og mer effektive screeningmetoder.
Dette er et bredt fagområde, med mange forskere og forskjellige forskningsfelt. En av de unike tingene Sahu jobber med er å prøve å finne ut om disse faktorene fungerer i en definert avstamning/cellelinje. Han forklarer:
– Med avstamning/cellelinjer sikter jeg til at de forskjellige organene, f.eks. tarmene med tykktarmen (tykktarmskreft, ved sykdom), bukspyttkjertelen (bukspyttkjertelkreft) og leveren (leverkreft) alle har en forbindelse i utviklingen, at de er fra samme linje/avstamning. Hvis vi sammenligner med f.eks. hjernekreft, kommer den fra en helt annen cellelinje/avstamning. I utviklingen skjer det en finjustering mellom flere av faktorene som avgjør om noe blir en bukspyttkjertelcelletype, en tarmcelletype eller en levercelletype.
Faktorene har mye til felles, men finjusteringen innebærer at hvis forholdet mellom bestemte faktorer er høy, vil cellen utvikle seg til en bestemt celletype, f.eks. en bukspyttkjertel. Hvis forholdet mellom de bestemte faktorene er lavere, vil det bli noe annet, for eksempel en levercelle.
– Vi må forstå kreft og hvordan kreft utløses/starter i cellelinjen. Det er primærinteressen min, sier Sahu.
Hvorfor er dette viktig?
– Nå som flere av kreftgenomene er sekvensert, gjenkjenner vi landskapet/miljøet til alle de store somatiske mutasjonene og kreftfremkallende elementene. Vi vet imidlertid ikke hvordan de fungerer sammen med en bestemt celletype eller -vev. Kreftmutasjoner er ofte spesifikke. Derfor må vi forstå mutasjonen i en gitt celletype eller i en bestemt kontekst ut fra cellebevegelsen og riktig cellelinje.
Utvikle klart definerte modeller
Den nøyaktige cellebevegelsen i kreft er fortsatt ukjent. Det er her Sahus forskning kommer inn i bildet. Målet hans er å lage en klart definert modell, hvor det er mulig å identifisere nøyaktig hvilken gruppe av faktorer som styrer cellelinjen.
– Siden vi kjenner alle de viktigste kreftfremkallende elementene hos mennesker, kan vi starte med å stille spørsmål som; hvis dette er onkogen A, hvilke særskilte faktorer samhandler det med for å utvikle en fenotype som lager en kreftcelle.
Dette prøver gruppen til Sahu å analysere og forstå på et molekylært nivå og på en nøye definert måte. Det er en in vitro-tilnærming, der analysen blir utført i en petriskål og kildefunnene gjør det lettere å utvikle en fullstendig forståelse av gjeldende mekanismer. Når vi forstår hvordan onkogener samhandler med bestemte faktorer, og hvordan andre onkogener samhandler under andre type forhold, er det mulig se om det forekommer samspill eller om det er svært spesifikke prosesser. Den innsikten gjør det mulig å definere en formel, som at dette onkogenet må operere på disse bestemte signalbanene.
Gruppens tilnærming er en kombinasjon av stamceller og transdifferensiering. Dette er en kommunikasjonsmetode for direkte celleatferd hvor du har en celletype A, du kjenner faktorene som er spesifikke for gitt celletype og ved å benytte disse faktorene konverterer du celletype A til celletype B. Hvis du i løpet av prosessen med å f.eks. lage en levercelle introduserer mutasjoner som er spesifikke for leverkreft, kan du se hvordan de fungerer/reagerer. Er de i stand til å lage celler som transformeres, har de egenskaper som ligner på de spesifikke celletypene i tumorceller?
– Dette er en tilnærming hvor vi kombinerer to områder, det ene er stamcellebasert transdifferensiering og det andre funksjonell genomikk. Ved å kombinere disse to områdene vil vi får en bedre oversikt over hvordan de definerte faktorene samhandler med onkogener, sier Sahu.
Bredt genomperspektiv
Sahu har som målsetting å se nærmere på den ikke-kodende reguleringen, der disse faktorene festes sammen. Faktorene er sekvensspesifikke. De er også kjent som transkripsjonsfaktorer, en proteinklasse som er svært ulik de andre proteinene. Hvis de bindes i spesifikke sekvenser, og hvis genomet er ustabilt som er tilfelle med kreft, hvordan påvirker da det ustabile genomet resultatet? Ikke bare i form av somatiske mutasjoner, men også når det gjelder spesifikk binding av faktorene. Med andre ord, hvordan er koden forskjellig i en normal celle og en kreftcelle?
– Vi bruker en stor mengde genomteknikker, slik at vi kan måle nedstrøms effekt av de faktorbindende sekvensene. Dette er for å se hvilke spesifikke proteiner som dereguleres, hva som er strukturen til genomet i kreftcellene til forskjell fra normale celler, og om sekvensene du finner er aktive.
Sahus interesse for dette startet da han tok doktorgraden. På den tiden studerte han ett og ett gen med fokus på protein-til-protein-interaksjon, for å se hva som skjer når et valgt protein er i nærheten av et annet protein. Da neste generasjon sekvensering kom, ble sekvensering av genomet enkel og med høy gjennomstrømming. Det endret hele feltet for genomikkforskning.
– Det var tilgjengelig og enklere å gjennomføre. Jeg kunne bare hoppe over på et nytt felt. I stedet for å se på rollen til hver enkelt celle eller protein, fikk vi muligheten til å se på genomet i en bredere kontekst. Si at vi har et protein som binder DNA. Da kan vi se hvordan dette proteinet binder seg over hele genomet, og deretter kode det, forklarer Sahu.
Genomet er enormt stort, det har 3 milliarder basepar. I stedet for å måtte studere bestemte områder, kan vi med sekvensering av hele genomet også sekvensere de delene av genomet der et protein binder seg på en veldig spesifikk måte, og deretter sammenligne. Hvis et protein binder seg på et bestemt sted, kan man se hvilket gen som ligger nærmest og som det kan regulere.
– Dett er en av måtene funksjonell genomikk fungerer på. Du prøver å tolke betydningen av hele genomet ved hjelp av definerte analyser. Dette gjorde at jeg ble interessert i feltet.
– Hvis du har et godt antistoff mot det aktuelle proteinet, kan du dra på fisketur og prøve å fange alle sekvensene i det humane genomet der proteinet binder seg. Ta deretter ut sekvensene, fjern proteinene og sekvenser dette.
Dette gir komplett informasjon, inkludert hvilken del av genomet sekvensen kommer fra og hva som er det nærmeste genet. Slik er det mulig å identifisere hvilket gen den spesifikke sekvensen bundet av den spesifikke faktoren regulerer. Ved å sammenligne normal- og sykdomstilstanden, er det mulig å se om sekvensene er de samme, og om faktorene er de samme.
Datadrevet tilnærming
Disse faktorene uttrykkes ofte i kreft. En av de vanligste av faktorene er Myc. Det er et onkogen og binder seg til mange gener. Det muterer svært sjelden. Det kan imidlertid forsterkes eller overuttrykkes, og det har et program som er svært viktig for kreftcellenes overlevelse.
Sahu pleide å jobbe med prostatakreft. Hovedtranskripsjonsfaktoren – proteinene som binder bestemte sekvenser i genomet – er en androgenreseptor. Ved brystkreft er det en østrogenreseptor. Disse har helt normale funksjoner i menneskelig fysiologi og utvikler sekundære seksuelle egenskaper. Mye av reproduksjonen og den grunnleggende biologien er et direkte resultat av dette. Når det gjelder disse to hormonkrefttypene, dereguleres proteinene.
– Androgenreseptoren over uttrykk korrelerer med den verste prognosen for prostatakreft. Noen prøvde med androgen deprivasjonsterapi fordi man trodde at hvis du tar vev bort fra hormonet i hormonavhengig kreft, ville androgenreseptoren ikke fungere. Imidlertid var det fortsatt tilbakefall fordi kreftcellene hadde forstått hvordan de skulle tilpasse seg behandlingen, og androgenreseptoren var fortsatt aktiv.
Å dra en slutning om hvordan transkripsjonsfaktorene oppfører seg, viste seg å ikke få et heldig utfall i dette tilfellet. Det er tydelig at vi trenger mer fullstendig og bredere informasjon om hvordan disse faktorene fungerer. Transkripsjonsfaktorer er svært avgjørende for normal fysiologi og normale funksjoner. Men de er også veldig vanskelige å treffe. De jobber ikke alene, de er i en sammenstilling av flere avgjørende medregulatorer. Når du har funnet medregulatorene og de har floket seg i sykdommen, kan du treffe dem.
– Det blir mer interessant når du begynner å studere ting på en bredere måte. Det hjelper deg til å forstå, i tillegg til at det er en bedre fremgangsmåte fordi du ikke gjør antagelser på forhånd, sier Sahu.
Datadrevet genomikk. Forskere genererer mange genomvide datasett som gjør at de kan ha større mål, og stille mer spesifikke spørsmål etter å ha sett på dataene.
– Vi tar ikke utgangspunkt i en forutinntatt forestilling om hva som kommer til å skje. Vi stiller spørsmål ut fra dataene vi ser, presiserer Sahu.
Høydepunkter i karrieren så langt
Sahu ser tilbake på doktorgradsårene som et høydepunkt i karrieren. Han fikk en utmerkelse fra det medisinske fakultet ved Helsingfors universitet, og publiserte artikler i høyprofilerte tidsskrifter. En av dem var en F1000-publisering om prostatakreft og prostatakreftsignalering som det fortsatt henvises til og siteres fra. Gjennom doktorgraden fikk Sahu et vindu inn i fagfeltet transkripsjonsfaktorer.
På den tiden jobbet han kun med en eller to faktorer, men ifølge den nyeste katalogen er det nesten 2000 av disse proteinene. Sahu ble motivert av ideen om å utvide forskningen, og han begynte å lete etter en gruppe som studerte alle, i noen grad. Han fant snart sitt nye vitenskapelige hjem i laboratoriet til professor Taipales ved Karolinska Institutet og Helsingfors universitet. Taipale-gruppen har en genomvid tilnærming for å forstå alle de forskjellige transkripsjonsfaktorene i det humane genomet og identifisere de eksakte sekvensene.
Siden Sahu har et mål om å forstå kreftsignalering, må han ha føttene godt plantet i to forskjellige fagfelt.
– På den ene siden forsøkte jeg å forstå sekvensspesifisitetene og sekvensdeterminantene for alle transkripsjonsfaktorene på en mer funksjonell måte. På den andre siden begynte jeg å jobbe med hvordan vi kan fortsette den molekylære tilnærmingen, slik at vi kan forstå rollen til onkogener, onkogene drivere, som er svært kreftspesifikke, sammen med de celletypespesifikke og avstamningsdefinerende transkripsjonsfaktorene.
Visjon for fremtiden
Den daglige motivasjonen for Sahu er ikke bare kreftforskningen, men det å kunne overføre kunnskapen han har fått om de mange metodene i funksjonell genomikk til neste generasjon av forskere. Prosjektene til Sahu har vært vellykkede, og har ført til publisering i høyprofilerte tidsskrifter.
– Hvis vi har fokus på genreguleringsprogrammene oppnår vi kanskje en klarere avgrenset tilnærming, mer definerte måter å håndtere spørsmålene på – både når det gjelder å forebygge og behandle kreft. Men det primære målet er å finne de molekylære mekanismene.
Sahu startet som gruppeleder ved NCMM i september 2022. Visjonen hans de neste 10 årene er å bruke en molekylær tilnærming i forskning av kreft hos mennesket og med klart definerte metoder. Han ønsker å forstå hvordan de forskjellige transkripsjonsfaktorene fungerer i ulike kreftformer. Gjennom et genomvidt perspektiv er hovedtilnærmingen hans å identifisere, forstå og validere for bedre å forstå hva som er reguleringslogikken i syk tilstand og hvor forskjellig den er fra normal/frisk tilstand.
– Dette er noe vi ønsker å finne ut av innen de neste 10 årene. Når vi har bedre kunnskap og innsikt, kan vi også begynne å stille mer komplekse spørsmål, avslutter Sahu.