Abstract Matrix metalloproteinases (MMPs) are the zinc-dependent endopeptidases which belong to a large family of proteases. MMPs are responsible for degradation and remodeling of extracellular matrix proteins during growth, organogenesis and tissue turnover. Besides their role in physiological processes, MMPs also influence various pathological processes, i.e., inflammatory diseases and cancers, in which MMPs may ultimately lead to unwanted tissue destruction. One of the most widely studied MMPs is MMP-8. MMP-8 was previously thought to be expressed only by neutrophils. Presently, it is evident that MMP-8 can be expressed in a wide range of cells such as macrophages, plasma cells, T-cells, endothelial cells, smooth muscle cells, oral epithelial cells, fibroblasts etc. MMP-8 has been previously studied in inflammation and malignancies. High serum MMP-8 concentration is associated with the presence of atherosclerosis and poor cardiovascular disease prognosis, while higher plasma MMP-8 levels protect against lymph node metastasis. Certain MMP-8 gene variations can alter promoter activity and subsequent gene expression. MMP-8 gene variation influences obstetrical outcomes, and lung and breast cancer prognosis. For our study, we hypothesized that systemic levels of MMP-8 correlate with its genetic variations and appear as novel risk markers for disease. We aimed to address the potential role of MMPs and their regulators with a special focus on MMP-8 in distinct sets of inflammatory and malignant diseases, i.e. arterial diseases, and head and neck squamous cell cancer (HNSCC). We demonstrated that the combination of high serum MMP-8 and low myeloperoxidase (MPO) levels is an important risk marker for arterial disease. Further, we demonstrated that MMP-8 gene variation is protective against arterial diseases. Interestingly, we were able to demonstrate an association between MMP-8 gene variation and serum MMP-8 concentration in a healthy population. On the other hand, we showed that plasma tissue inhibitor of matrix metalloproteinases (TIMP-1) concentration is associated with survival in HNSCC patients and TIMP-1 genotype is associated with plasma TIMP-1 levels in women only. Collectively, our study showed that serum MMP-8 levels can be used as an important risk marker in arterial disease and TIMP-1 levels in HNSCC patients. Based on our results, the hypothesis raised has been widely confirmed. Additionally, our study has warranted the need for further investigation involving a larger number of patients. If our results are replicable, serum MMP-8 and plasma TIMP-1 could be used to develop diagnostic tools as well as treatment regimes in clinics. / Tiivistelmä Matriksin metalloproteinaasit (MMP:t) ovat sinkkiriippuvaisia endopeptidaaseja, jotka kuuluvat laajaan proteiineja pilkkovaan proteolyyttiseen entsyymi perheeseen. MMP:ien tehtävä on pilkkoa ja uudelleen muokata soluväliaineen proteiineja kasvun, elinten kehityksen ja kudosten uusiutumisen aikana, mutta MMP:t toimivat aktiivisesti myös patologisissa prosesseissa, kuten tulehdustiloissa ja syövissä. Syövissä MMP:en vaikutus voi johtaa ei-toivottuun kudostuhoon. Yksi laajimmin tutkituista MMP-ryhmän entsyymeistä on MMP-8, jonka alunpitäen ajateltiin ilmenevän vain neutrofiileissä. Nykytietämyksen mukaan MMP-8:aa ilmentyy myös mm. makrofaageissa, plasmasoluissa, T-soluissa, endoteelisoluissa, sileälihassoluissa, suun limakalvon epiteelisoluissa ja fibroplasteissa. MMP-8:aa on aikaisemmin tutkittu erityisesti tulehdustiloissa ja pahanlaatuisissa kasvaimissa. Korkean MMP-8 seerumipitoisuuden on havaittu liittyvän valtimokovettumatautiin ja huonoon ennusteeseen sydän- ja verisuonisairauksissa, kun taas kohonnut MMP-8:n pitoisuus plasmassa suojaa imusolmuke-etäpesäkkeiltä. Tiedetään, että tietyt muutokset MMP-8:n geenissä voivat muuttaa sen promoottoriaktiviteettia ja täten säädellä geenin ilmentymistä. MMP-8:n geenimuutokset vaikuttanevat raskaudenkulkuun sekä keuhko- ja rintasyövän ennusteeseen. Tutkimushypoteesimme mukaan MMP-8:n seerumipitoisuudet riippuvat vaihtelusta MMP-8:aa koodaavassa geenissä ja niitä voidaan pitää uusina riskinarvioinnin merkkiaineina tautitiloissa. Tavoitteenamme oli osoittaa yleisesti MMP:ien ja erityisesti MMP-8:n sekä näiden proteinaasien säätelytekijöiden merkitys tietyissä tulehdustiloissa ja maligniteeteissa, kuten sepelvaltimotaudissa ja pään ja kaulan alueen syövissä. Havaitsimme, että korkea MMP-8 seerumipitoisuus ja alhainen myeloperoksidaasitaso yhdistyvät vahvasti valtimotautiriskiin. Lisäksi osoitimme, että tietty MMP-8:n geenimuunnos on suojaava tekijä valtimotaudille ja että MMP-8:n seerumikonsentraatio on siitä riippuvainen terveillä tutkituilla. Tämän lisäksi todensimme, että MMP:n kudosestäjän (tissue inhibitor of matrix metalloproteinases, TIMP-1) plasmapitoisuus liittyy pään ja kaulan alueen levyepiteelisyöpää sairastavien potilaiden eloonjääntiin ja että TIMP-1:n genotyyppi liittyy sen plasmapitoisuuteen ainoastaan naisilla. Tulostemme mukaan seerumin MMP-8-pitoisuutta voidaan pitää hyvänä riskinarviointivälineenä verisuonitaudeissa sekä TIMP-1-pitoisuutta vastaavasti pään ja kaulan alueen levyepiteelisyövissä. Saadut tulokset tukevat olettamustamme, jonka mukaan MMP-8 on tärkeä tautimarkkeri. Tämä on lisännyt kiinnostusta selvittää MMP:ien merkitystä laajemmin muissa tulehdustiloissa ja syövissä. Jos tulokset saadaan toistetuksi laajemmassa tutkimusaineistossa, seerumin MMP-8:sta voidaan kehittää kliinisten ja analyyttisten laboratorioiden käyttöön sopiva diagnostinen menetelmä.