Abstract Each year in Finland, approximately 5.7% of infants are born preterm, i.e., before 37 completed weeks of gestation. Preterm birth is a major cause of mortality and several neonatal morbidities, especially the respiratory diseases. Infants born very preterm (<32 wk) are at higher risk of developing a chronic lung disease called bronchopulmonary dysplasia (BPD). The genetic factors predisposing to spontaneous preterm birth (SPTB) and BPD are incompletely known. The aims of this thesis project were to identify genetic factors that affect susceptibility to SPTB and BPD. Genetic case-control association studies were performed in mothers and infants of northern Finnish origin (SPTB study), or in multiple populations of very preterm infants of Finnish or European origin (BPD study). The candidate genes were selected based on their proposed roles in inflammation which is involved in both SPTB and BPD susceptibility. Additionally, the aim was to study the possible functional role of polymorphisms in the gene encoding surfactant protein B (SP-B) that have been shown previously to associate with pulmonary function. An association between Met31Thr polymorphisms in the gene encoding SP-D (SFTPD) and SPTB infants was found. The other collectin genes that were studied, encoding SP-A and mannose-binding lectin, did not associate with SPTB in mothers or infants. An intronic polymorphism in the gene encoding Kit ligand (KITLG) was associated with the risk of BPD in the northern Finnish and in the combined population that originated from Finland, Canada and Hungary. The role of KITLG in BPD was further supported by biomarker data, which showed higher concentrations of Kit ligand at the time of birth in infants that later developed BPD. The genes encoding interleukin 6 (IL-6), its receptors, IL-10, tumor necrosis factor alpha or glucocorticoid receptor did not associate with BPD susceptibility. Finally, a genetic variant 131Thr in the gene encoding SP-B (SFTPB) was associated with lower SP-B levels in vivo and delayed secretion in vitro. To date, there is no effective method to prevent SPTB, and especially the extremely preterm infants are at an increased risk of developing serious respiratory diseases. Better understanding of the mechanisms underlying both SPTB and BPD could help in the successful prediction of risk groups as well as in the design of new preventive and treatment strategies. / Tiivistelmä Noin 5,7 % lapsista syntyy Suomessa ennenaikaisesti, eli ennen kuin raskaus on kestänyt täydet 37 viikkoa. Ennenaikainen syntymä altistaa vastasyntyneen lapsen vakaville pitkäaikaissairauksille. Erityisesti hyvin pienillä keskosilla, jotka ovat syntyneet ennen 32. raskausviikkoa, on suurempi riski sairastua vakavaan hengitysvaikeuteen eli bronkopulmonaaliseen dysplasiaan, joka tunnetaan myös nimellä BPD-tauti. Perinnölliset tekijät vaikuttavat niin spontaanin ennenaikaisen syntymän (SEAS) kuin BPD-taudinkin taustalla, mutta nämä tekijät tunnetaan huonosti. Tässä väitöskirjatyössä pyrittiin tunnistamaan perinnöllisiä tekijöitä, jotka vaikuttavat SEAS:in ja BPD-taudin taustalla. Perinnöllisen taustan selvittämisessä ehdokasgeenien sisältämien muuntelevien kohtien esiintyvyyttä verrattiin terveiden verrokkien ja tautitapausten välillä. SEAS-tutkimuksessa tutkimusväestö koostui suomalaisista äideistä ja heidän lapsistaan. BPD-tutkimuksessa oli mukana hyvin ennenaikaisesti syntyneitä lapsia Suomesta, Kanadasta ja Unkarista. Tämän lisäksi kokeellisten tutkimusten avulla tutkittiin aiemmin keuhkosairauksiin liittyneen geenin muuntelevien kohtien osuutta sen koodaaman surfaktanttiproteiini (SP) B:n toiminnassa. Tutkimuksissa havaittiin SP-D:tä koodaavan geenin Met31Thr-polymorfismin olevan mahdollinen riskitekijä SEAS:lle lapsilla, mutta se ei selittänyt SEAS-riskiä äideissä. SP-A:ta ja mannoosia sitovaa lektiiniä koodaavilla geeneillä ei ollut yhteyttä SEAS-riskiin. Kit-ligandia koodaavan geenin intronissa sijaitseva polymorfismi selitti BPD-tautiriskiä pohjoissuomalaisessa sekä yhdistetyssä tutkimusväestössä. Lisäksi lapsilla, jotka myöhemmin sairastuivat BPD-tautiin, havaittiin suurempia Kit-ligandipitoisuuksia syntymähetkellä. Interleukiini 6:ta (IL-6), sen reseptoreita, IL-10:ta, tuumorinekroosifaktori-alfaa tai glukokortikoidireseptoria koodaavien geenien polymorfismien ja BPD-taudin välillä ei ollut yhteyttä. SP-B:tä koodaavan geenin Ile131Thr-polymorfismin Thr-variaatio liittyi alhaisempaan SP-B:n pitoisuuteen lapsivedessä sekä hidastuneeseen proteiinin tuottoon kokeellisessa solumallissa. Tulokset antavat uutta tietoa SEAS:n ja BPD-taudin perinnöllisestä taustasta. Tämä tieto voi auttaa synnytyksen käynnistymiseen sekä BPD-alttiuteen johtavien biologisten mekanismien selvittämisessä ja uusien hoitokeinojen kehittämisessä.

No description available.

Abstract Advances over the past few decades in ante- and neonatal care have led to the survival of a growing number of premature infants of extremely low gestational age. However, the occurrence of serious diseases, particularly those affecting the most immature infants, remains high. Bronchopulmonary dysplasia (BPD), a chronic lung disease of premature infants, is one such disease. Our current understanding of the molecular pathogenesis of BPD is incomplete; consequently, there are few preventive and therapeutic options for BPD. Moreover, it is challenging to predict the risk of BPD. Previous studies of BPD in twins revealed that the heritability of BPD is quite high. However, the individual genes that predispose premature infants to BPD are largely unknown. The aim of this study was to identify and study genes associated with BPD in order to investigate its pathogenesis. An additional aim was to add to knowledge of the risk of BPD in newborn premature infants, with an emphasis on twins. A candidate gene study found no consistent association between common polymorphisms of vascular endothelial growth factor receptor 2 and BPD. A second candidate gene study noted an association between the gene encoding Kit ligand and BPD. A genome-wide association study found a suggestive association between a locus close to the gene encoding C-reactive protein (CRP) and BPD, and in subsequent analyses, plasma levels of CRP during the first week of life predicted BPD. Finally, a nationwide register study found that the risk of BPD was lower in twins than in singletons. The results of this study add to what is known of the genetics and pathogenesis of BPD. They also provide new data on the risk of BPD, which may be used to improve early identification of infants for whom the risk of developing BPD is high. / Tiivistelmä Ennenaikaisen syntymän ja keskoslasten hoidon kehittymisen myötä yhä useammat huomattavan epäkypsinä syntyneet lapset jäävät henkiin. Samalla erityisesti juuri näitä lapsia uhkaavien sairauksien esiintyvyys on pysynyt korkeana. Bronkopulmonaalinen dysplasia (BPD, keskosen krooninen keuhkosairaus) on yksi näistä sairauksista. BPD:n molekyylitasoinen tautimekanismi on vielä osin tuntematon, eikä BPD:tä tehokkaasti estävää tai siitä parantavaa hoitoa ole. Myös BPD riskin arvioiminen vastasyntyneen keskoslapsen kohdalla on vaikeaa. BPD on huomattavan perinnöllinen tauti. BPD:lle altistavista geeneistä on kuitenkin vasta vähän tietoa. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli lisätä tietoa BPD:n tautimekanismista tutkimalla BPD:lle altistavia geenejä. Lisäksi tutkimuksessa tarkasteltiin BPD:n esiintyvyyttä ja syntymää edeltäviä riskitekijöitä erityisesti kaksosten osalta. Ehdokasgeenitutkimuksessa verisuonten endoteelikasvutekijää koodaava geeni ei assosioitunut toistuvasti BPD:hen. Kit ligandia koodaava geeni sen sijaan assosioitui. Koko genomin assosiaatiotutkimuksessa C-reaktiivista proteiinia (CRP) koodaavan geenin lähistöltä löydettiin BPD:hen mahdollisesti assosioituva alue. Lisäksi ensimmäisen viikon CRP-arvojen osoitettiin ennakoivan myöhemmin kehittyvää BPD:tä. BPD-riskin todettiin olevan matalampi kaksi- kuin yksisikiöisistä raskauksista syntyneillä lapsilla. Tutkimuksen tulokset lisäävät tietoa BPD:n perinnöllisyydestä ja sitä kautta BPD:n tautimekanismista. Tutkimus toi myös uutta tietoa BPD:n riskitekijöistä parantaen vastasyntyneen keskoslapsen BPD-riskin arviota.

Abstract Advances in perinatal treatment practices—such as antenatal corticosteroids, surfactant replacement therapy, and gentler ventilator modalities—have improved the survival of infants born preterm. Consequently, later morbidity and pulmonary outcome for survivors has attracted increasing interest. The incidence of bronchopulmonary dysplasia (BPD) remains high and the condition is manifesting in infants born at earlier gestational weeks than before. This so-called new BPD results from the arrest of alveolar development and is associated with less structural airway injury and interstitial fibrosis than previously. Long-term follow-up data on lung function, lung structure and respiratory morbidity of children treated with modern methods is insufficiently known. We performed a follow-up study of 88 preterm-born children and 88 matched term-born controls at school age. Children born preterm had lower values in lung function measurements than term-born peers. Reductions were most marked in those with a history of BPD. In accordance with the foetal origins hypothesis, children with intrauterine growth restriction (IUGR) had lower lung function than gestation-controls. This indicates that poor growth in utero is an additional burden on pulmonary health. Both IUGR and BPD predicted lower lung function independently. High-resolution computed tomography of the lung was obtained from 21 children with a history of BPD. Structural abnormalities were common, children with severe BPD being most affected. Preterm children were hospitalised more often than controls, mainly because of wheezing disorders. However, BPD did not influence the hospitalisations. According to the meta-analysis of the contemporary data available, the respiratory outcome of children who had only mild BPD may have improved in comparison to old follow-up data, whereas the results for those without BPD or moderate-to-severe BPD have remained remarkably stable despite progress in treatment practices during early life. In conclusion, preterm children had subtle impairments in lung function at school age. Although they were fairly asymptomatic, concern about the possible long-term effects of preterm birth on pulmonary health is justified. It has been proposed that BPD may predispose individuals to an early COPD-like disorder. Preterm children must be protected from any additional burden on respiratory health and should be monitored appropriately for early detection of lung disease. / Tiivistelmä Keskosten tehohoito on kehittynyt viime vuosikymmeninä merkittävästi, ja yhä epäkypsempänä syntyvät keskoset selviävät hengissä syntymän jälkeen. Keskosten pitkäaikainen keuhkosairaus, bronkopulmonaalinen dysplasia (BPD), on perinteisesti johtunut hengityskonehoidon ja happikaasun aiheuttamasta keuhkovauriosta ja johtanut keuhkokudoksen arpeutumiseen. Aiempaa ennenaikaisemmilla keskosilla esiintyy kuitenkin nykyään niin sanottua uutta BPD:tä, jonka ajatellaan johtuvan enemmän keuhkorakkuloiden kehityshäiriöstä kuin hoitojen aiheuttamasta keuhkovauriosta. Selvitimme, miten nykyaikaisilla menetelmillä hoidettujen keskosten keuhkojen rakenne ja toiminta kehittyvät kouluikään mennessä. Seurantatutkimukseemme osallistui 88 ennenaikaisena syntynyttä, kouluikään ehtinyttä lasta ja 88 täysiaikaisena syntynyttä, kaltaistettua verrokkia. Keskosena syntyneiden lasten keuhkofunktio oli kouluiässä huonompi kuin täysiaikaisena syntyneiden verrokkien. Alhaisin keuhkofunktio oli niillä keskosena syntyneillä lapsilla, jotka olivat sairastaneet vastasyntyneenä BPD:n. Myös kohdunsisäiseen kasvuhäiriöön (intrauterine growth restriction, IUGR) liittyi alentunut keuhkofunktio. BPD ja IUGR ennustivat alentunutta keuhkofunktiota toisistaan riippumatta. Tutkimuksessa tehtiin myös keuhkojen ohutleiketietokonekuvaus 21 keskoselle, jotka olivat sairastaneet BPD:n. Lähes kaikilla havaittiin poikkeavia löydöksiä – eniten niillä, joilla oli ollut vastasyntyneenä BPD:n vaikea tautimuoto. Keskosina syntyneet joutuivat kahden ensimmäisen vuoden aikana verrokkeja useammin sairaalahoitoon. Yleisimpiä syitä olivat hengityksen vinkumista aiheuttavat taudit kuten ilmatiehyttulehdus, ahtauttava keuhkoputkitulehdus tai akuutti astmakohtaus. Vastasyntyneenä sairastettu BPD ei kuitenkaan lisännyt todennäköisyyttä joutua sairaalahoitoon. Tutkimuksessa tehtiin myös meta-analyysi nykyaikaisilla menetelmillä hoidettujen keskosten keuhkofunktiosta: lievää BPD:tä sairastavien tulokset näyttävät parantuneen, kun taas keskivaikeaa tai vaikeaa tautimuotoa sairastavien ja ilman BPD:tä selvinneiden keuhkofunktio ei ole muuttunut uusien hoitojen myötä. Yhteenvetona voidaan todeta, että keskosten keuhkojen toimintakyky on jonkin verran alentunut täysiaikaisiin verrattuna. Lievästi alentunut keuhkofunktio ei kuitenkaan yleensä aiheuttanut koululaisille oireita. Keskosena syntyneiden lasten hengityselinten toimintaa on syytä seurata, sillä niin sanotun uuden BPD:n pitkäaikaisesta ennusteesta ei ole vielä tietoa.

Contexte : Près de 2,5 millions de nouveau-nés meurent chaque année et plus de 80 % d'entre eux ont un petit poids à la naissance (PPN). Le PPN est une entité clinique complexe impliquant le retard de croissance in utero (RCIU) et la naissance prématurée (NPM). Les nouveau-nés survivants sont exposés à un risque élevé de morbidités périnatales graves (telles que la dysplasie broncho-pulmonaire, l'entérocolite nécrosante, l'encéphalopathie néonatale) en raison des effets dévastateurs de l'inflammation utéro-fœtale sur les organes fœtaux vulnérables. Il n'existe actuellement aucun traitement efficace pour la protection fœtale ante partum. Parmi les nombreux médiateurs pro-inflammatoires, l'IL-1β se distingue par ses effets délétères. Notre laboratoire a conçu un nouvel antagoniste allostérique du récepteur de l'IL-1, Rytvela, qui s'est avéré efficace contre la NPM lorsqu'il est administré en prophylaxie. Objectif : Cette étude vise à mieux caractériser Rytvela en évaluant son efficacité dans la prévention de la NPM et du RCIU lorsqu'il est administré après l'insulte inflammatoire initiale selon un cadre clinique plus réaliste. Méthodes : Des souris gravides CD-1 ont reçu une injection d'agents pro-inflammatoires/pro-travail, soit l’IL-1β (1 μg i.u.) ou le LPS (10 μg i.p.) aux jours 16-17 de la gestation. Rytvela (2 mg/kg/jour s.c.) a été administré à différents intervalles de temps (0,5h, 2h, 4h, 6h) après l’induction inflammatoire. Le taux de NPM, la survie et le poids des souriceaux ont été évalués. Des analyses histologiques des poumons, intestins et cerveau des nouveau-nés ont été réalisées. Résultats : Toutes les grossesses traitées avec Rytvela ont été menées à terme dans le modèle de l’IL-1β, alors que le taux de NPM était de 57 % dans le groupe non traité. La survie, la croissance et le poids des souriceaux ont été considérablement améliorés avec Rytvela administré 0,5 h post-inflammation (avec une survie presque doublée des portées). L'analyse histologique a révélé dans tous les modèles une morphogenèse fœtale protégée, y compris une alvéolarisation pulmonaire préservée, des villosités intestinales intactes et un arbre cérébrovasculaire protégé associé à une masse cérébrale préservée. Conclusion : Rytvela est efficace dans la prévention de la NPM et du RCIU lorsqu'il est administré en post-inflammatoire. Il présente un effet maximal lorsqu'il était administré rapidement (0,5 h après IL-1β/LPS) et maintenait des effets protecteurs fœtaux significatifs avec une administration retardée (jusqu'à 6 h après IL-1β/LPS). Rytvela améliore la survie et la santé néonatale en préservant l'intégrité et la croissance des tissus fœtaux. Par conséquent, Rytvela est un nouveau prototype thérapeutique prometteur et sécuritaire pour le traitement de la NPM et du RCIU. / Background: Over 2.5 million newborns die yearly and more than 80% of them are of low birthweight (LBW). LBW is a complex clinical entity involving fetal growth restriction (FGR) and preterm birth (PTB). Surviving neonates face a higher risk of serious perinatal morbidities (such as bronchopulmonary dysplasia, necrotizing enterocolitis, neonatal encephalopathy) due to the devastating effects of utero-fetal inflammation on vulnerable fetal organs. There is currently no efficient treatment for fetal antepartum protection. Among the many proinflammatory mediators, IL-1β stands out for its detrimental effects. The host lab has designed a novel allosteric IL-1 receptor antagonist, Rytvela, which has been shown to be effective against PTB when administered prophylactically. Objective: This study aims to further characterize Rytvela by evaluating its efficacy in preventing PTB and FGR when administered after the initial inflammatory insult according to a more realistic clinical setting. Methods: Pregnant CD-1 mice were injected with proinflammatory/prolabour agents, either IL-1β (1 μg i.u.) or LPS (10 μg i.p.) on days 16-17 of gestation. Rytvela (2 mg/kg/day s.c.) was administered at different time intervals (0.5, 2, 4, 6 h) after initial inflammatory insults. PTB rate, neonatal survival, and weight were assessed. Histological analyses of the lungs, intestines, and brain of the neonates were performed. Results: All pregnancies treated with Rytvela were carried to term in the IL-1β model, while the PTB rate was 57% in the untreated group. Pup survival, growth and weight were considerably improved with Rytvela administered 0.5h post-inflammatory insults (with a nearly 2-fold increase in litters survival). Histological analysis revealed in all models a protected morphogenesis of vulnerable fetal organs including preserved lung alveolarization, intact intestinal villi integrity, and protected cerebrovascular tree associated with preserved brain mass. Conclusion: Rytvela is efficient in preventing PTB and FGR when administered post-inflammatory insults. It exhibited maximum effect when administered promptly (0.5h post-IL-1β/LPS) and maintained significant fetal protective effects with delayed administration (up to 6h post- IL-1β/LPS). Rytvela improved birth outcome by preserving fetal tissue integrity and growth. Hence, Rytvela is a promising new and safe therapeutic prototype for treatment of PTB and FGR.