Diss. / Tiivistelmäosa. - University of Helsinki, Faculty of Medicine, Haartman Institute, Haartman Institute, Department of Bacteriology and Immunology, Helsinki University Central Hospital, Department of Oncology. Myös paperimuodossa (ISBN 978-952-10-4257-7).

I joined the Voice and Speech Trainers Association (VASTA) in the spring of 2004 and immediately assumed the position of VASTA Archive Cataloguist. I began to sort and file the history of the organization, as it existed. I worked on the archive project for almost a year before I stumbled onto a second project. In discovering something missing from the VASTA Archive, I began devising a plan to collect stories to flesh out the existing materials. They will be called the "VASTA Stories". In my two years of service to VASTA - as archive cataloguist, and now as archivist - I have worked to develop a system of organization for the existing materials, a catalogue system to document the archive's contents, as well as a system for the collection of new materials. My involvement in VASTA, and the inspiration for these projects, comes from Kate Ufema and Janet Rodgers - both past-presidents of VASTA.

Abstract Carbamylation of proteins in vivo occurs by cyanate, non-enzymatically when urea is dissociated, and by myeloperoxidase-catalyzed oxidation from thiocyanate. Carbamylation of low-density lipoprotein is suggested to enhance atherogenesis in patients with with chronic kidney disease and uremia. This thesis study assessed the questions of whether healthy humans or uremic patients under enhanced carbamylation have antibodies recognizing carbamyl-epitopes in plasma, and what is their role in vivo. Also, humoral immune response to carbamyl-LDL immunization and its impact on atherogenesis in LDLR-/- mice was investigated. In this thesis study, plasma antibodies to carbamylated proteins were detected in humans, and IgG antibodies to carbamylated proteins were associated with uremia and smoking, conditions with enhanced carbamylation. The human IgG and IgM antibodies binding to carbamyl-epitopes were associated with oxidation-specific epitopes in plasma. Monoclonal Fab antibodies with characteristics of a natural antibody and ability to bind both carbamyl- and malondialdehyde-derived epitopes were cloned from healthy humans. An investigated Fab antibody was able to bind epitopes found in atherosclerotic lesions and inhibit the uptake of modified LDL by macrophages. Human plasma antibodies and the monoclonal Fab bound to epitopes found on apoptotic cells. Human B-cells secreted antibodies with similar cross-reactive binding properties between carbamyl- and malondialdehyde adducts and apoptotic cells in vitro. Immunization with mouse carbamyl-LDL without adjuvant resulted in specific IgG immune response in LDLR-/- mice, but also a cross-reaction with malondialdehyde-adducts was observed. Carbamyl-LDL immunized mice had enhanced plasma antibody binding to apoptotic cells. Carbamyl-LDL immunization did not affect atherogenesis in mice. This thesis demonstrates that IgG antibodies to carbamyl-epitope might serve as a novel indicator of carbamylation in vivo in uremic patients or smokers. The cross-reactivity between antibodies binding to carbamylated and oxidation-specific epitopes, and apoptotic cells may have a role in explaining the link between enhanced atherogenesis and kidney disease. / Tiivistelmä Proteiinien karbamylaatiota tapahtuu syanaatin vaikutuksesta. Sitä muodostuu urean hajotessa tai myeloperoksidaasin katalysoimana tiosyanaatin hapettuessa. Low-density lipoproteiinin eli LDL:n karbamylaation on esitetty edistävän valtimonkovettumataudin eli ateroskleroosin kehittymistä munuaisten vajaatoimintaa sairastavilla ureemisilla potilailla. Väitöskirjatyössä tutkittiin, onko terveillä ihmisillä ja ureemisilla potilailla karbamyyli-epitooppeja tunnistavia vasta-aineita, ja mikä niiden merkitys on elimistössä. Humoraalista immuunivastetta karbamyyli-LDL-immunisaation jälkeen sekä sen vaikutusta ateroskleroosin kehittymiseen tutkittiin LDL-reseptoripuutteellisilla hiirillä. Tutkimuksessa osoitettiin, että ihmisillä on plasmassa karbamyloituja proteiineja tunnistavia vasta-aineita. IgG-luokan vasta-aineet ovat yhteydessä uremiaan ja tupakointiin, joissa karbamylaatio on lisääntynyt. Karbamyyli- ja hapettuneita epitooppeja tunnistavien plasman IgG- ja IgM-vasta-aineiden välillä havaittiin olevan yhteys. Työssä kloonattiin terveistä ihmisistä monoklonaalisia Fab-vasta-aineita, joilla on luonnollisten vasta-aineiden kaltaisia ominaisuuksia ja kyky sitoutua sekä karbamyyli- että malonidialdehydi-epitooppeihin. Yksi tutkittu Fab-vasta-aine sitoutui valtimonkovettumataudin ateroomissa oleviin epitooppeihin ja esti muuntuneen LDL:n sisäänoton makrofagi-soluihin. Ihmisen plasman vasta-aineet ja monoklonaalinen Fab-vasta-aine sitoutuivat apoptoottisten solujen pinnalla oleviin rakenteisiin. Soluviljelyolosuhteissa ihmisen B-solut tuottivat vasta-aineita, joilla oli samanlaisia ristireaktio-ominaisuuksia karbamyyli- ja malonidialdehydi-epitooppeja sekä apoptoottisia soluja kohtaan. Karbamyyli-LDL-immunisaatio sai aikaan IgG-immuunivasteen hiirillä karbamyyli-LDL:a kohtaan, mutta myös ristireaktio malonidialdehydi-rakenteita sekä apoptoottisia soluja kohtaan havaittiin. Karbamyyli-LDL-immunisaatio ei vaikuttanut ateroskleroosin kehittymiseen hiirillä. Tutkimus osoittaa, että IgG-vasta-aineet karbamyyli-epitooppeja kohtaan voivat olla uudenlainen karbamylaation merkkiaine elimistössä ureemisilla potilailla ja tupakoitsijoilla. Karbamyloituneiden ja hapettuneiden epitooppien sekä apoptoottisten solujen välillä havaituilla vasta-aineiden ristireaktioilla voi olla merkitystä valtimonkovettumataudin etenemiseen munuaisten vajaatoiminnassa.

Abstract Heavy alcohol consumption places a substantial burden on health all over the world. Metabolites of alcohol evoke alterations that lead to tissue damage in many organs. Phosphatidylethanol (PEth) is a unique phospholipid formed in the cellular membranes during the metabolism of ethanol after alcohol consumption. PEth has attracted special attention as it is postulated to be a reliable marker of long term heavy alcohol consumption. The aims of present study were to investigate the immunogenicity of phosphatidylethanol in mice and to analyze the plasma antibodies binding to phosphatidylethanol in humans. In this study a clear immune response was generated in mice immunized with PEth in human low density lipoprotein (LDL) carrier. Mouse monoclonal IgM antibodies binding specifically to phosphoethyl head group of PEth were generated using hybridoma technology. Since PEth was shown to be immunogenic in mice, plasma was analyzed for the presence of antibodies also in humans. PEth-specific antibodies of IgG, IgA and IgM isotypes in plasma were detected in heavy drinkers of alcohol with or without pancreatitis as well as in the controls. The plasma levels of the antibodies binding to PEth were significantly lower in the study subjects with heavy alcohol use and in this present study sample the low IgA levels to PEth were better indicators of heavy alcohol consumption as compared to the some of the traditional markers of heavy alcohol use. The antibody levels to PEth associated significantly to plasma antibodies binding to malondialdehyde-acetaldehyde adducts that are known to be formed during alcohol metabolism but not to antibodies binding to phosphocholine which is generated by lipid oxidation in humans. In conclusion, this study demonstrates that phosphatidylethanol is immunogenic in mice when using carriers such as human LDL in the immunization process. The binding of the monoclonal antibodies specifically to the PEth head group suggests that it would be feasible to develop a diagnostic immunoassay to PEth. The presence of antibodies binding to PEth in plasma indicates that PEth may be a target of humoral immunity in humans. / Tiivistelmä Runsas alkoholinkulutus aiheuttaa maailmanlaajuisesti merkittäviä terveydellisiä haittoja. Alkoholin aineenvaihduntatuotteet muuttavat kudoksien rakenteita ja aiheuttavat kudosvaurioita. Fosfatidyylietanoli on alkoholin aineenvaihdunnan tuloksena solukalvoilla syntyvä fosfolipidi, jota on tutkittu kahdenkymmenen vuoden ajan lupaavana alkoholin suurkulutuksen merkkiaineena. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää fosfatidyylietanolin immunisoinnin aiheuttamaa vasta-aineiden muodostumista koe-eläinmallina käytetyissä hiirissä sekä määrittää ihmisten plasmanäytteistä vasta-aineita, jotka sitoutuvat fosfatidyylietanoliin. Tutkimuksessa havaittiin immuunivasteen muodostuminen hiirissä, jotka immunisoitiin ihmisen LDL hiukkasiin liitetyllä fosfatidyylietanolilla. Hiiren monoklonaalisia fosfatidyylietanoliin sitoutuvia IgM-luokan vasta-aineita tuotettiin tutkimuksessa soluviljelyn avulla. Fosfatidyylietanolin aiheuttama vasta-aineiden muodostuminen hiirillä johdatti mittaamaan fosfatidyylietanoliin sitoutuvia vasta-aineita myös ihmisiltä. Tutkimuksessa havaittiin fosfatidyylietanoliin sitoutuvia IgG-, IgA- ja IgM-luokan vasta-aineita alkoholin suurkuluttajilla, alkoholihaimatulehdusta sairastavilla ja verrokkihenkilöillä. Vasta-aineiden pitoisuudet olivat alkoholia runsaasti käyttävillä koehenkilöillä merkitsevästi pienemmät kuin verrokkiryhmällä. Matalat IgA-vasta-ainepitoisuudet osoittautuivat aineistossa paremmaksi alkoholin suurkulutuksen osoittajiksi kuin eräät tavanomaisesti käytetyt alkoholinkäytön merkkiaineet. Plasman fosfatidyylietanoli-vasta-aineiden ja alkoholin aineenvaihdunnan seurauksena syntyvien malondialdehydi-asetaldehydi-addukteihin sitoutuvien vasta-aineiden määrän välillä havaittiin merkitsevä yhteys, jota ei havaittu rasvojen hapettumisen seurauksena syntyvien fosfokoliini-vasta-aineiden ja fosfatidyylietanoli-vasta-aineiden välillä. Tutkimus osoittaa, että hiirillä voidaan aikaansaada vasta-ainevälitteinen immuunivaste, kun ne rokotetaan ihmisen LDL-hiukkaseen liitetyllä fosfatidyylietanolilla. Fosfatidyylietanoliin spesifisesti sitoutuvien monoklonaalisten vasta-aineiden tuottaminen voi tulevaisuudessa johtaa immunologisen diagnostisen määritysmenetelmän kehittämiseen. Fosfatidyylietanoliin sitoutuvien plasman vasta-aineiden havaitseminen viittaa siihen, että fosfatidyylietanoli on vasta-ainevälitteisen immuunivasteen kohde myös ihmisillä.

Abstract Rheumatoid arthritis (RA) is an autoimmune disease causing inflammation of synovial joints, which may lead to permanent changes in cartilage and bone tissues. RA patients have antibodies binding to citrullinated and also to carbamylated proteins. Antibodies binding to citrulline are associated with more severe disease progression and may already appear years before clinical disease onset. Citrulline and the lysine carbamylation product, homocitrulline, are similar in structure. Citrullinated proteins have been studied in RA and in neurological diseases, but researchers have been unaware of the effect of homocitrulline in citrulline detection methods. The purpose of the present study was to clarify the features of protein-bound citrulline and homocitrulline in relation to research done on citrullination and in immunological reactions related to rheumatoid arthritis. In the first study of this thesis the confounding role of homocitrulline in citrulline detection was shown. In the first and second study the features of experimentally induced antibodies were assessed. The antibodies induced with citrulline- and homocitrulline-containing protein structures were shown to react both with the ureido groups and the protein structures. The antibodies were able to distinguish between citrulline and homocitrulline in the same sequence even though binding to both. In the third study the simultaneous presence of citrulline and homocitrulline in RA synovial tissue was shown. In conclusion, considering the simultaneous presence of citrulline and homocitrulline and the binding features of the experimentally induced antibodies, homocitrulline could have a yet unsolved role in RA. Secondly, the existence of homocitrulline should be borne in mind in studies on citrullination. / Tiivistelmä Nivelreuma on niveltulehduksen aiheuttava autoimmuunitauti, joka voi johtaa pysyviin muutoksiin nivelen rusto- ja luukudoksessa. Nivelreumaa sairastavilla esiintyy vasta-aineita sitrullinoituneita ja karbamyloituneita proteiineja vastaan. Sitrulliiniin sitoutuvia vasta-aineita voi esiintyä elimistössä jo vuosia ennen taudin puhkeamista, ja niiden esiintyminen on yhdistetty vaikeampaan taudinkuvaan. Sitrulliini ja lysiinin karbamylaatiotuote homositrulliini ovat rakenteellisesti samankaltaisia. Proteiinien sitrullinaatiota on tutkittu nivelreumassa ja neurologisissa taudeissa, mutta homositrulliinin olemassaoloa tai sen vaikutusta tutkimusmenetelmiin ei ole huomioitu. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää proteiineihin sitoutuneiden sitrulliinin ja homositrulliinin ominaisuuksia aikaisempiin tutkimuksiin ja nivelreuman immunologisiin reaktioihin liittyen. Tässä tutkimuksessa homositrulliinin osoitettiin häiritsevän sitrulliinin tunnistamista. Ensimmäisessä ja toisessa osatyössä aiheutettiin kokeellisesti vasta-aineita sitrulliinia ja homositrulliinia sisältävillä proteiinirakenteilla. Vasta-aineiden havaittiin reagoivan sekä ureidoryhmän että proteiinirakenteen kanssa. Vasta-aineet pystyivät erottamaan sitrulliinin ja homositrulliinin toisistaan samassa rakenteessa, vaikka sitoutuivat kumpaankin. Kolmannessa osatyössä osoitettiin, että sitrulliinia ja homositrulliinia esiintyy samanaikaisesti nivelreumapotilaan tulehtuneessa nivelkalvossa. Tutkimus osoitti, että sitrulliinin ja homositrulliinin samanaikainen esiintyminen ja kokeellisesti aiheutettujen vasta-aineiden ominaisuudet huomioiden homositrulliinilla voi olla jokin toistaiseksi selvittämätön rooli nivelreumassa. Homositrulliinin olemassaolo on syytä huomioida sitrullinaatiota tutkittaessa.

Abstract Atherosclerosis is a chronic inflammatory disease and infections potentially contribute to its pathogenesis. Oxidation of LDL (low-density lipoprotein) is a key event in atherogenesis. Lipid peroxidation produces reactive aldehydes such as malondialdehyde (MDA) and MDA-acetaldehyde that form immunogenic adducts on for example LDL particles. This thesis investigated natural IgM antibodies that recognize MDA and MDA-acetaldehyde adducts and bind, through molecular mimicry, to epitopes on oral pathogenic bacteria. In the first study, the induction of cross-reactive IgM antibodies binding to MDA adducts was investigated in mice immunized with periodontopathogen Porphyromonas gingivalis. The effect of immunization on the development of atherosclerosis was analyzed after a high fat diet. Immunization of mice with killed P. gingivalis elevated IgM levels to MDA adducts and reduced atherosclerosis. Mouse monoclonal IgM to MDA modified LDL recognized epitopes on P. gingivalis that were identified as gingipain protease enzyme of this bacterium. The presence of IgM with similar specificity was also demonstrated in human sera. In the second study the effect of immunization with MDA modified LDL in conferring protection against pathogen-accelerated atherosclerosis was investigated. Mice were immunized with MDA modified LDL before challenge with live P. gingivalis. The extent of atherosclerosis after a high fat diet was reduced in immunized mice compared to control groups. Immunized mice had elevated IgM and IgG levels to MDA modified LDL compared to controls. The third study investigated antibody recognition of MDA-acetaldehyde adducts in umbilical cord blood plasma of preterm and full-term newborns. Natural IgM to MDA-acetaldehyde adducts was enriched in umbilical cord blood plasma compared to maternal levels even in preterm neonates. This thesis highlighted the importance of immune recognition of MDA adducts by natural IgM antibodies, and demonstrated that pathogenic bacteria and MDA derived structures are recognized by natural IgM throughout the lifespan. These natural IgM are proposed to modulate the development of chronic inflammatory diseases such as atherosclerosis and periodontitis. / Tiivistelmä Valtimonkovettumatautiin, eli ateroskleroosiin, liittyy matala-asteinen tulehdustila, ja myös infektiot vaikuttavat taudin ilmentymiseen. LDL:n (low-density lipoprotein) hapettuminen on merkittävä valtimonkovettumataudin syntyä edistävä reaktio. Lipidiperoksidaatio tuottaa reaktiivisia aldehydejä, kuten malonidialdehydiä (MDA) ja MDA-asetaldehydiä, jotka muodostavat immuunijärjestelmän tunnistamia rakenteita esimerkiksi LDL-partikkeleihin. Väitöskirjassa tutkittiin luonnollisia IgM-vasta-aineita, jotka tunnistavat MDA- ja MDA-asetaldehydirakenteita, ja jotka rakenteiden samankaltaisuuden takia sitoutuvat myös parodontiittipatogeenien epitooppeihin. Ensimmäisessä työssä MDA-rakenteisiin sitoutuvien IgM-vasta-aineiden ristireaktiota tutkittiin hiirillä, jotka immunisoitiin Porphyromonas gingivalis parodontiittipatogeenillä. Hiirten immunisoiminen inaktivoidulla P. gingivalis bakteerilla lisäsi IgM-vasta-ainetasoja MDA-rakenteita vastaan ja vähensi valtimonkovettumatautia. MDA-LDL:ään sitoutuva hiiren monoklonaalinen IgM-vasta-aine sitoutui P. gingivalis bakteerin proteiineihin, joiden tunnistettiin olevan osia tämän bakteerin gingipain proteaasientsyymistä. Myös ihmisen seerumista osoitettiin IgM-vasta-aineita, joilla oli samantyyppinen sitoutumisspesifisyys. Toisessa työssä tutkittiin MDA-LDL-immunisaation suojaavaa vaikutusta infektion kiihdyttämän valtimonkovettumataudin synnyssä. Hiiret immunisoitiin MDA-LDL:llä ennen infektiota elävällä P. gingivalis bakteerilla. Valtimonkovettumatauti väheni immunisoiduilla hiirillä rasvaruokinnan jälkeen verrattuna kontrolliryhmiin. Immunisoiduilla hiirillä IgM- ja IgG-vasta-ainetasot MDA-LDL:ää vastaan olivat kohonneet verrattuna kontrolliryhmiin. Kolmannessa työssä tutkittiin, tunnistavatko ennenaikaisten ja täysiaikaisten vastasyntyneiden luonnolliset vasta-aineet MDA-asetaldehydirakenteita. IgM-vasta-aineita MDA-asetaldehydirakenteisiin esiintyi jo ennenaikaisesti syntyneiden napaverinäytteissä. MDA-asetaldehydiin sitoutuvien IgM-vasta-aineiden määrä vastasyntyneillä oli korkeampi verrattuna äiteihin. MDA-rakenteet ovat yksi tärkeä kohde immuunijärjestelmän luonnollisille IgM-vasta-aineille, jotka tunnistavat myös taudinaiheuttajabakteereja. Näillä vasta-aineilla voi olla vaikutusta kroonisten tulehdustautien, kuten valtimonkovettumataudin ja parodontiitin syntymekanismeissa.

Abstract Cancer progression is a multistep process dependent on tumour-stroma interactions. Various cell types, such as fibroblasts, endothelial, inflammatory and stem cells, as well as extracellular matrix (ECM) proteins, such as collagens, contribute to the tumour outcome. Tumour growth and invasion is accompanied by the proteolysis of ECM components mediated by various enzymes, such as matrix metalloproteases (MMPs). Proteolytic fragments released into the circulation may reflect cancer progression. The aim of this study was to develop novel in vitro methods for investigating cell invasion and for measuring cancer-associated collagen degradation. Human carcinoma cell invasion studies in vitro are often performed in organotypic cell culture models, mainly composed of rat or mouse ECM proteins. To create a human microenvironment for invasion studies, a novel organotypic model based on human uterine myoma (benign tumour) tissue was developed. Compared to the conventional collagen-based organotypic model, in the myoma model the carcinoma cell invasion depth was about eightfold and the invasion resembled, to a greater degree, the invasion pattern of dissected tissue samples of cancer patients. In addition, the invasion was easily quantified with a novel radioimmunoassay measuring type III collagen degradation products from the organotypic culture media. As human mesenchymal stem cells (MSCs) are one of the stromal cell types that may affect tumour progression, the mechanisms of stem cell invasion were also studied. On the surface of MSCs, Toll-like receptor 9 (TLR9) functions in immune defence against microbes. The activation of TLR9 with microbial DNA-resembling molecules induced human MSC invasion into the myoma tissue in a MMP-13-mediated fashion. To analyse cancer-associated soft tissue degradation, a novel enzyme immunoassay was developed. This novel assay enabled, for the first time, the measurement of type III collagen degradation products from human serum samples. In head and neck cancer patient sera, high levels of type III and type I collagen degradation products were shown to predict poor survival. In conclusion, the novel myoma model showed that the tumour microenvironment crucially affects carcinoma cell invasion. In addition, cancer-associated type III collagen degradation was successfully measured in cell cultures and in human sera by novel immunoassays. / Tiivistelmä Syövän eteneminen on monivaiheinen tapahtuma, jossa syöpäsolut ovat vuorovaikutuksessa lähiympäristönsä kanssa. Ympäristön eri solutyypit, kuten kantasolut ja sidekudoksen fibroblastit sekä soluväliaineen proteiinit kuten kollageenit, vaikuttavat syöpäsolujen invaasioon eli tunkeutumiseen ympäröivään kudokseen. Syövän invaasiossa useat entsyymit, mm. matriksin metalloproteaasit (MMP:t), hajottavat soluväliainetta. Kasvaimen kehittymisen aikana verenkiertoon vapautuu soluväliaineen hajoamistuotteita, joiden määrä voi kuvastaa sairauden etenemistä. Väitöstutkimuksen tarkoituksena oli kehittää uusia menetelmiä solujen invaasion ja syöpään liittyvän kollageenin hajoamisen tutkimiseen. Ihmisen karsinoomasolujen invaasion tutkimuksessa on perinteisesti käytetty kolmiulotteisia soluviljelymalleja, jotka koostuvat pääasiassa rotan tai hiiren soluväliaineproteiineista. Työssä kehitettiin uusi viljelymalli, jossa soluja kasvatettiin ihmisen hyvälaatuisen kohtukasvainkudospalan eli myooman päällä. Perinteiseen kollageenimalliin verrattuna myoomamallissa karsinoomasolut tunkeutuivat noin kahdeksan kertaa syvemmälle, ja solujen kasvu muistutti enemmän potilaiden syöpäkudosnäytteissä havaittua kasvutapaa. Invaasion voimakkuuden määrittämiseen kehitettiin vasta-aineisiin perustuva menetelmä, jolla mitattiin soluviljelmän kasvatusliuokseen myoomakudoksesta vapautuneiden tyypin III kollageenin hajoamistuotteiden määrää. Koska kantasolujen tiedetään voivan vaikuttaa syöpäkasvaimen leviämiseen, tutkimme myös ihmisen luuytimen kantasolujen invaasiota. Kantasolujen pinnalla TLR9-reseptori osallistuu immuunipuolustukseen mikrobeja vastaan. Kun reseptoria aktivoitiin mikrobi-DNA:ta muistuttavilla molekyyleillä, kantasolut alkoivat invasoitua myoomakudokseen ja MMP-13:n aktiivisuus soluissa lisääntyi. Syöpään liittyvän pehmytkudoksen hajoamisen tutkimiseksi kehitettiin vasta-ainemenetelmä, jolla onnistuttiin ensi kertaa mittaamaan potilaiden seeruminäytteistä tyypin III kollageenin hajoamistuotteita. Pään ja kaulan alueen syöpäpotilailla korkean tyypin III kollageenin hajoamistuotepitoisuuden todettiin liittyvän huonoon ennusteeseen. Tutkimus osoitti, että kasvaimen ympäristö vaikuttaa olennaisesti syöpäsolujen leviämiseen. Syöpään liittyvää tyypin III kollageenin hajoamista pystyttiin työssä kehitetyillä menetelmillä mittaamaan sekä soluviljelmistä että potilaiden seeruminäytteistä.

Abstract Coronary heart disease (CHD) is a clinical manifestation of atherosclerosis. It is a major cause of mortality and morbidity both in Finland and globally. Even after the best known treatments a significant residual risk of CHD remains. A low plasma HDL cholesterol level (HDL, high-density lipoprotein) is a common lipid abnormality in patients affected by premature CHD and also a component of the metabolic syndrome, a cluster of risk factors for atherosclerosis associated with central obesity. In this study, a phenotype of low HDL cholesterol level and premature CHD was investigated in two Northern Finnish family populations. The aim was to find new biological factors accounting for the elevated CHD risk in the phenotype. In the subjects of family population I, plasma levels of antibodies (IgG, IgM, IgA) against experimental epitopes (malondialdehyde-acetaldehyde-modified, copper-oxidized) of oxidized LDL (low-density lipoprotein) particles were measured. In the subjects of family population II, capacity of HDL fractions (total HDL, HDL2 and HDL3) to accept cholesterol from a THP-1 experimental foam cell model was assayed (cholesterol efflux). In addition, a phospholipid composition of their HDL fractions (HDL2 and HDL3) was measured using liquid chromatography-mass spectrometry. The antibody levels were not related to CHD or to HDL cholesterol level. Instead, the cholesterol efflux to HDL2 fraction was clearly impaired in CHD, which was associated with the low HDL cholesterol level of the patients. The impaired cholesterol efflux to HDL2 fraction was primarily in conjunction with the metabolic syndrome. The phospholipid composition of HDL fractions was different between the affected and the non-affected subjects. As an example, characteristic of the metabolic syndrome were elevated contents of palmitic, palmitoleic or oleic acids relative to linoleic acid in lysophosphatidylcholines and phosphatidylcholines. In conclusion, the HDL fraction is both functionally and compositionally modified in the phenotype of low HDL cholesterol level and premature CHD. Especially the cholesterol efflux capacity of the HDL2 fraction and thus its many functional properties may be impaired. There are many characteristic features in the phospholipid composition of the HDL in the phenotype which were detected in HDL2 and HDL3 fractions. / Tiivistelmä Sepelvaltimotauti on ateroskleroosin kliininen ilmenemismuoto. Se on merkittävimpiä kuolleisuuden ja sairastavuuden aiheuttajia niin Suomessa kuin maailmalla. Parhaillakin tunnetuilla hoidoilla sepelvaltimotaudille jää huomattava jäännösriski. Plasman matala HDL-kolesterolitaso (HDL, high-density lipoprotein) on yleinen lipidipoikkeavuus varhaista sepelvaltimotautia sairastavilla ja myös eräs metabolisen oireyhtymän, eli keskivartalolihavuuteen liittyvän ateroskleroosin riskitekijäkasauman, komponentti. Tässä väitöskirjassa tutkittiin matalan HDL-kolesterolitason ja varhaisen sepelvaltimotaudin fenotyyppiä kahdessa pohjoissuomalaisessa sukuaineistossa. Tavoitteena oli löytää uusia biologisia tekijöitä fenotyypin kohonneen sepelvatimotautiriskin taustalta. Ensimmäisen aineiston henkilöiden plasmasta mitattiin vasta-ainetasoja (IgG, IgM, IgA) LDL-hiukkasten (LDL, low-density lipoprotein) kokeellisia hapettuneita epitooppeja (malonidialdehydi-asetaldehydi-modioitu ja kuparilla hapetettu LDL) vastaan. Toisessa aineistossa mitattiin henkilöiden HDL-fraktioiden (kokonais-HDL, HDL2 ja HDL3) kykyä saada aikaan kolesterolin ulosvirtausta kokeellisesta THP-1 vaahtosolumallista. Lisäksi heidän HDL-fraktioidensa (HDL2, HDL3) fosfolipidikoostumus mitattiin nestekromatografi-massaspektrometri-laitteistolla. Vasta-ainetasot eivät liittyneet sepelvaltimotautiin tai HDL-kolesterolitasoon. Sen sijaan kolesterolin ulosvirtaus HDL2-fraktioon oli selkeästi alentunut sepelvaltimotaudissa, mikä liittyi potilaiden pieneen HDL-kolesterolipitoisuuteen. Alentunut ulosvirtaus HDL2-fraktioon liittyikin ensisijaisesti metaboliseen oireyhtymään. HDL-fraktioiden fosfolipidikoostumus erosi terveiden ja sairaiden välillä. Esimerkiksi metabolisessa oireryhtymässä tunnusomaista oli lysofosfatidyylikoliinien ja fosfatidyylikoliinien sisältämän palmitiinihapon, palmitoleiinihapon tai oleiinihapon suurentunut määrä suhteessa niiden sisältämän linoleenihapon määrään. Loppupäätelmä on, että matalan HDL-kolesterolitason ja varhaisen sepelvaltimotaudin fenotyypin HDL-fraktio on sekä toiminnaltaan että koostumukseltaan muuntunut. Erityisesti HDL2-fraktion kyky saada aikaan kolesterolin ulosvirtausta ja näin ollen sen monet toiminnalliset ominaisuudet voivat olla alentuneet. Fenotyypin HDL:n fosfolipidikoostumuksessa on monia tunnusomaisia piirteitä, joita havaittiin sekä HDL2- että HDL3-fraktiossa.

Abstract Desmoglein 3 (Dsg3) is an adhesion receptor in desmosomes, but relatively little is known about its role in cancer. In this study, the function of Dsg3 was investigated in oral squamous cell carcinoma (SCC) cell lines in vitro using locally established human leiomyoma tumor microenvironment (TME) matrices. Since Dsg3 has been identified as a key regulator in cell adhesion, we hypothesized that it may play a role in oral SCC cells adhesion and motility. Thus, one aim of the study was to explore this hypothesis by both gain and loss of function methods in four human buccal mucosa SCC SqCC/Y1 cell lines: transduction of vector control (Ct), full-length (FL) or two different C-terminally truncated Dsg3 mutants (Δ238 and Δ560). Live cell imaging was performed for 2D migration and 3D sandwich, alongside other assays. In 3D sandwich, we tested the effects of the monoclonal antibody, AK23, targeting the extracellular domain of Dsg3 in SqCC/Y1 cells. Our results showed that loss of Dsg3 disrupted cell adhesion and protein expression. In 2D assays, FL and Dsg3 mutants migrated faster with higher accumulated distances than Ct. In contrast with 2D, mutants showed accelerated invasion over the Ct in 3D models. The AK23 antibody inhibited only the invasion of FL cells. The TME in vivo consists of cellular and matrix elements playing a leading role in carcinoma progression. To study carcinoma cells invasion in vitro, mouse Matrigel® and rat type 1 collagen are the most commonly used matrices in 3D models. Since they are non-human in origin, they do not perfectly mimic human TME. To address this, we have developed a solid organotypic myoma disc model derived from human uterus leiomyoma tumor. Here, we introduce a novel Myogel, prepared from leiomyoma similar to Matrigel®. We validated Myogel for cell-TME interactions in 3D models, using SqCC/Y1 and HSC-3 cell lines. Compared with Matrigel® and type I collagen, oral SCC cell lines invaded more efficiently in Myogel containing matrices. This study describes promising 3D models using human TME mimicking Myogel which is suitable to analyze oral SCC cells both in carcinoma monocultures and in co-cultures, such as with TME fibroblasts. We also introduce a possible novel therapeutic target against Dsg3 to suppress cancer cell invasion. / Tiivistelmä Desmogleiini 3 (Dsg3) on desmosomien adheesioreseptori, jonka merkityksestä syövässä tiedetään vähän. Koska Dsg3 on tärkeä epiteelisolujen välisissä liitoksissa, oletimme sillä olevan vaikutusta myös suun karsinoomasolujen tarttumisessa ja niiden liikkuvuudessa. Testasimme hypoteesiamme muuttamalla Dsg3:n toimintaa ihmisen posken karsinoomasolulinjassa SqCC/Y1, josta oli aiemmin valmistettu neljä erilaista muunnosta: tyhjän vektorin sisältävä kontrollisolulinja (Ct), kokopitkää Dsg3 tuottava solulinja (FL), sekä kaksi Dsg3 C-päästä lyhennettyä mutanttisolulinjaa (Δ238 ja Δ560). Immunofluoresenssi-menetelmää käyttäen analysoimme solulinjoissamme solujen välisiä liitoksia. Lisäksi mittasimme solujen liikkeitä 2D-migraatio- ja 3D-sandwich-kokeissa. Testasimme myös Dsg3:n solunulkoista osaa tunnistavan monoklonaalisen vasta-aineen (AK23) vaikutusta solujen invaasioon. Osoitimme, että Dsg3:n rakenteen muuttaminen ja toiminnan estyminen häiritsi solujen tarttumista. 2D-kokeissa sekä FL että mutanttilinjat (Δ238 ja Δ560) migroivat kontrollisoluja nopeammin ja pidemmälle, mutta 3D-kokeissa vain mutanttilinjat invasoituivat kontrollisoluja tehokkaammin. AK23-vasta-aine esti vain FL-solujen invaasiota. Syöpäsolujen 3D-invaasiota mittaavissa kokeissa käytetään yleensä hiiren kasvaimesta valmistettua kaupallista Matrigeeliä® tai rotan kudoksista eristettyä tyypin I kollageenia. Tutkimusryhmämme on jo aiemmin kehittänyt organotyyppisen myoomamallin, jossa valmistamme myoomakudosnapit ihmisen kohdun leiomyoomakasvaimista. Tässä työssä valmistimme leiomyoomasta Myogeelia, vertasimme sitä Matrigeeliin®, sekä tutkimme tarkemmin Myogeeli-valmisteen soveltuvuutta 3D-tutkimuksiin. Totesimme, että kielen (HSC-3) ja posken (SqCC/Y1) karsinoomasolut invasoituivat tehokkaimmin Myogeeli-pitoisissa matrikseissa kuin Matrigeeliä® tai kollageeniä sisältävissä kasvatusalustoissa. Tutkimustulostemme perusteella Myogeeli-pohjaiset 3D-mallit soveltuvat hyvin sekä syöpäsolulinjojen invaasiotutkimuksiin että yhteisviljelmiin, joissa syöpäsoluja viljellään yhdessä syöpäkasvaimen ympärillä olevien solujen, kuten fibroblastien, kanssa.