Abstract In the present study, some of the difficulties in the treatment of the most common malignant lymphoma, diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL), were evaluated. Some patients develop local or central nervous system (CNS) relapse after first-line treatment. The treatment of relapsed disease is challenging and despite all efforts, some patients die of the disease. Chemoresistant disease also remains challenging because some patients suffer from refractory disease of a progressive nature. The antioxidant enzymes peroxiredoxins (Prxs) and thioredoxin-1 (Trx) were evaluated as prognostic and predictive markers of DLBCL. High cytoplasmic expression of Prx VI was found to correlate with poor prognosis in patients with DLBCL. Trx knockdown in lymphoma cell culture revealed a possible predictive role of Trx. Trx knockdown sensitized cells to doxorubicin, a widely used chemotherapeutic agent in treatment schemas of DLBCL. Etoposide, another widely used chemotherapeutic agent, on the other hand, killed more native DLBCL cells than did doxorubicin. Patients with high Trx expression at the diagnostic stage of the disease benefitted from etoposide-containing high-dose chemotherapy and autologous stem cell transplantation and did not develop post-transplantation relapses which Trx-negative patients did. Antithrombin III (AT III) in cerebrospinal fluid has been suggested to be a biomarker in previous studies of CNS lymphoma. In the present study, AT III was evaluated in patients with CNS lymphoma and with neurological diseases. High concentrations of AT III in cerebrospinal fluid reflected the magnitude of blood-brain barrier leakage and because of this, AT III should not be used as a biomarker in clinical practice. / Tiivistelmä Tutkimuksessa arvioitiin osaa yleisimmän pahanlaatuisen imukudossyövän eli lymfooman, diffuusin suurisoluisen B-solulymfooman, hoidon haasteista. Osa potilaista saa ensilinjan hoidon jälkeen joko paikallisen tai aivoston alueen taudin uusiutuman. Uusiutuneen taudin hoito on haasteellista, ja hoitoyrityksistä huolimatta osa potilaista kuolee tautiinsa. Solunsalpaajille resistentti tauti on myös yksi haastavista hoitotilanteista, ja osa potilaista kärsiikin hoitojen läpi etenevästä taudista. Antioksidatiivisia entsyymejä, kuten peroksiredoksiineja ja tioredoksiinia, arvioitiin ennusteellisina ja ennakoivina merkkiaineina diffuusissa suurisoluisessa B-solulymfoomassa. Peroksiredoksiini VI:n korkea sytosolinen ilmaantuvuus korreloi tavallista huonompaan diffuusin suurisoluisen B-solulymfooman ennusteeseen. Tioredoksiinin hiljentäminen lymfoomasoluviljelyssä paljasti sen mahdollisen ennakoivan merkityksen hoitoon liittyvässä päätöksenteossa. Solut herkistyivät tiodredoksiinin hiljentämisen vuoksi doksorubisiinille, jota käytetään laajalti diffuusin suurisoluisen B-solulymfooman solunsalpaajahoidoissa. Etoposidi, joka on huomattavasti myrkyllisempi solunsalpaaja, päinvastoin tappoi enemmän tavallisia diffuusia suurisoluisia B-solulymfoomaa edustavia soluja kuin doksorubisiini. Potilaat, joilla oli korkea tioredoksiinin määrä taudin diagnostisessa vaiheessa, hyötyivät etoposidia sisältävästä korkea-annoshoidosta sekä autologisesta kantasolusiirrosta. Näille potilaille ei kehittynyt kantasolusiirron jälkeisiä taudin uusiutumia kuin taas niitä kehittyi potilaille, joilla oli tioredoksiini negatiivinen. Antitrombiini III:a on ehdotettu soveltuvaksi aikaisempien tutkimusten perusteella aivoston lymfooman merkkiaineeksi aivo-selkäydinnesteestä. Tässä tutkimuksessa antitrombiini III:n määrää mitattiin potilailta, joilla oli aivoston lymfooma tai neurologinen sairaus. Korkeat konsentraatiot antitrombiini III:a aivo-selkäydinnesteessä kuitenkin vain heijastivat veri-aivoesteen vuotamisen määrää, ja näin ollen antitrombiini III:a ei tulisi käyttää kliinisessä käytössä.

Abstract Diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) and follicular lymphoma (FL) are two of the most common lymphomas in the Western world. DLBCL is an aggressive disease with a good response to treatment; about 75% of patients achieve permanent remission after first-line treatment. In patients with relapses or primary refractory disease, prognosis is dismal; only 10–20% of them can be cured, even with aggressive treatments. FL is an indolent lymphoma with a very good response to treatment and slow progression. Median survival with modern treatments is over 15 years. Nevertheless, some patients have short remissions and succumb to disease. Oxidative stress, TP53 mutations, and translocations of MYC, Bcl-2 and Bcl-6 have been linked in many neoplasms to aetiology and poor prognosis. This thesis concerns oxidative stress and redox-state-regulating enzymes in DLBCL and FL, and TP53 mutations and translocations of MYC, Bcl-2 and Bcl-6 in DLBCL. High expression levels of the antioxidant enzyme thioredoxin and a marker of oxidative stress, nitrotyrosine, were related to poor prognosis in DLBCL. In FL, high-level expression of peroxiredoxin was associated with good prognosis. TP53 mutations in specific regions LSH and L3 and concurrent translocation of Bcl-2 were associated with poor prognosis in DLBCL. Not all TP53 mutations predicted survival. High expression levels of Bcl-2 and MYC were associated with poor prognosis in DLBCL. Based on the results presented here, antioxidant function may have protective roles, but also may cause resistance to treatment. TP53 mutations have prognostic roles in DLBCL, but should be further defined. Novel therapies could be developed in connection with these mechanisms. / Tiivistelmä Diffuusi suurisoluinen B-solulymfooma (DLBCL) ja follikulaarinen lymfooma (FL) ovat kaksi yleisintä lymfoomaa länsimaissa. DLBCL on aggressiivinen syöpä, joka reagoi hyvin hoitoihin, jopa 75 % paranee. Kuitenkin potilailla, joilla syöpä uusiutuu hoitojen jälkeen tai etenee hoidon aikana, on erittäin huono ennuste, noin 10-20 % näistä potilaista voidaan parantaa. FL on hyväennusteinen lymfooma, joka yleensä reagoi hyvin hoitoihin. Mediaani elossaoloaika kaikilla FL potilailla on yli 15 vuotta taudin toteamisesta. Osalla potilaista FL kuitenkin on aggressiivisempo. Oksidatiivinen stressin, TP53- mutaatioiden, MYC, Bcl-2 ja Bcl-6 -translokaatioiden on todettu olevan huonoon ennusteeseen yhteydessä olevia tekijöitä monissa syövissä, kuten lymfoomissa. Tämä väitöskirja tutki oksidatiivisen stressin ja hapetus-pelkistys reaktioon liittyvien entsyymien osuutta R-CHOP-hoidetuissa DLBCL:ssa ja FL:ssa immunohistokemian (IHC) avulla. DLBCL:ssa tutkittiin lisäksi TP53 mutaatioita, MYC, Bcl-2 ja Bcl-6 translokaatioiden roolia taudin kulussa. Korkea ekspressio oksidatiivisen stressin merkkiainetta nitrotyrosiinia ja antioksidantti thioredoksiinia olivat yhteydessä huonoon ennusteeseen DLBCL:ssa. FL:ssa runsas ilmentyminen antioksidativiisiin entsyymeihin kuuluvia peroksiredoksiineja olivat yhteydessä hyvään ennusteeseen. TP53 mutaatiot LSH ja L3 alueella ja Bcl-2 -translokaatiot yhdessä olivat yhteydessä huonoon ennusteeseen DLBCL:ssa. Kaikki TP53-mutaatiot eivät olleet assosioituneet huonoon ennusteeseen. DLBCL:ssa Bcl-2 ja MYC –proteiinien runsas ilmentyminen IHC:llä arvioituna liittyi huonoon ennusteeseen. Tulosten perusteella solujen hapetus-pelkistystilaa säätelevillä entsyymeillä voi olla dualistinen rooli, osittain suojeleva ja osittain vahingoittava lymfoomissa. TP53 -mutaatioilla voi olla ennusteellista merkitystä, mutta tämä vaatii lisää tutkimuksia.

Abstract Lymphomas are a group of more than 70 different malignancies arising from lymphoid tissues and diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) is the most common subtype of lymphoma. More than 70% of DLBCL patients can be cured with modern therapy, but some patients still die of the disease. The recognition of patients with adverse prognosis, justifying deviation from standard treatment and risking severe side effects, is problematic. The aim of this study was to identify potential biological factors for the prediction of poor treatment response and central nervous system (CNS) relapse in DLBCL patients. The study included 263 lymphoma patients. 205 patients had a DLBCL, and 37 of these represented primary CNS lymphoma (PCNSL). Immunohistochemistry was used to determine the expression of oxidative stress markers 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG) and nitrotyrosine, as well as antioxidant enzymes manganese superoxide dismutase (MnSOD), thioredoxin (Trx) and gamma cysteine ligase (GCL) from samples representing reactive lymphoid tissue and B-cell derived lymphomas. From DLBCL samples staining was also conducted for cell cycle regulating proteins p16, p53, p21 and p27 and chemokine receptors CXCR4, CXCR5 and CCR7. Immunoelectron microscopy (IEM) for CXCR4 and CXCR5, and their ligands CXCL12 and CXCL13 was performed on additional samples from reactive lymphoid tissue, nodal DLBCL, secondary CNS lymphoma and PCNSL. Factors associated with adverse prognosis included expression of nitrotyrosine, Trx and GCL. A prognostic score reflecting the degree of cell cycle dysregulation within each patient’s tumour identified 3 distinct prognostic groups among DLBCL patients. High cytoplasmic CXCR5 expression was associated with CNS involvement, whereas nuclear CXCR4 expression correlated with nodal disease. These results demonstrate the considerable biological heterogeneity seen within DLBCL, but further research is needed to confirm them. High antioxidant activity and the accumulation of damage to cell cycle regulating pathways separated patient groups with a poor prognosis that might benefit from new types of treatment. Chemokine receptor expression seems to play a role in the CNS tropism of DLBCL, and, if confirmed, could in the future contribute to more effective targeting of CNS prophylactic therapies. / Tiivistelmä Lymfoomat ovat yli 70 erilaisen maligniteetin muodostama ryhmä imukudoksen syöpiä, ja diffuusi suurisoluinen B-solulymfooma (engl. DLBCL) on yleisin lymfoomatyyppi. Yli 70 prosenttia DLBCL-potilaista pystytään parantamaan nykyaikaisilla hoidoilla, mutta osa potilaista kuolee edelleen tautiin. Nämä potilaat tarvitsisivat tehokkaampia hoitoja vakavien haittavaikutusten riskistä huolimatta, mutta huonon ennusteen potilaiden tunnistaminen etukäteen on vaikeaa. Tutkimuksen tavoitteena oli löytää biologisia tekijöitä DLBCL-potilaiden hoitovasteen ja taudin keskushermostossa (engl. CNS) uusiutumisen ennustamiseen. Aineisto sisältää 263 lymfoomapotilasta. 205 potilaalla on DLBCL, ja 37:llä näistä primaari aivolymfooma (PCNSL). Immunohistokemiallisilla värjäyksillä määritettiin oksidatiivisen stressin markkereiden 8-hydroksideoksiguanosiinin (8-OHdG) ja nitrotyrosiinin, sekä antioksidanttientsyymien mangaanisuperoksidi-dismutaasin (MnSOD), tioredoksiinin (Trx) ja gammakysteiiniligaasin (GCL) ilmentyminen reaktiivista imukudosta sekä B-soluperäisiä lymfoomia edustavissa näytteissä. DLBCL-näytteistä määritettiin lisäksi solusykliä säätelevien proteiinien p16, p53, p21 ja p27 sekä kemokiinireseptorien CXCR4, CXCR5 ja CCR7 ilmentyminen. Lisäksi reaktiivista imukudosta, imusolmuke-DLBCL:aa, sekundaarista CNS-lymfoomaa ja PCNSL:aa edustavista näytteistä määritettiin immunoelektronimikroskooppisesti reseptorien CXCR4 ja CXCR5 sekä ligandien CXCL12 ja CXCL13 ilmentyminen. Tulosten mukaan voimakas nitrotyrosiini-, Trx- ja GCL-positiivisuus ovat yhteydessä huonoon ennusteeseen. Solusyklin säätelyhäiriön vaikeusastetta kuvaava ennusteellinen pisteytys jaotteli DLBCL-potilaat kolmeen ennusteelliseen ryhmään. Runsas sytoplasminen CXCR5-positiivisuus oli yhteydessä CNS-tautiin, kun taas tumapositiivisuus CXCR4:lle korreloi imusolmuketautiin. Tutkimustulokset kuvaavat DLBCL:n merkittävää biologista heterogeenisyyttä, mutta tulosten varmistamiseksi tarvitaan lisää tutkimuksia. Korkea antioksidanttiaktiivisuus ja solusyklin säätelyhäiriöiden kasautuminen erottivat huonoennusteisia potilasryhmiä, jotka voisivat hyötyä uudenlaisista hoidoista. Kemokiinireseptorien ilmentyminen vaikuttaisi olevan yhteydessä DLBCL:n CNS-hakuisuuteen, ja tulosten varmistuessa ekspressioprofiilien analysointia voitaisiin tulevaisuudessa hyödyntää ennaltaehkäisevien hoitojen tehokkaammassa kohdentamisessa.

Abstract Lymphomas are a heterogeneous group of malignancies that arise from lymphatic tissues. Diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) is the most common lymphoma sub-type. It is an aggressive malignancy with an increasing incidence. The prognosis of DLBCL has improved significantly, but problems also remain. The clinical significance of central nervous system (CNS) relapses has become increasingly important. As secondary CNSL (sCNSL) and primary CNS lymphoma (PCNSL) are known to have poor prognoses; the prevention of sCNSL is of crucial importance. Peripheral T-cell lymphomas (PTCL) are rare neoplasms and include several lymphoma subtypes that possess complex and also overlapping morphological and immunophenotypic characteristics. The identification of different entities has improved, but the biological knowledge remains scarce when compared to DLBCL. The optimal treatment schemas for PTCLs are still lacking and they have long been treated with the same therapies as B-cell lymphomas, mainly with suboptimal treatment results. The aim of this study was to identify poor prognostic markers in DLBCL and PTCLs and potential biological markers for the prediction of DLBCL CNS relapse. The study material included patients with systemic DLBCL without CNS affision (sDLBCL), sCNSL, PCNSL and PTCLs. The expression of epithelial-mesenchymal transition (EMT) transcription factors (TFs), chemokines and their receptors and adhesion-, migration- and inflammatory responses-associated molecules were studied by means of immunohistochemistry. IEM was used to verify the specific subcellular location of the studied molecules. GEP was performed on 12 PTCL samples in order to compare the poor prognosis group with the good prognosis group and on one sDLBCL and one sCNSL sample from the time of primary diagnosis. The EMT TFs were found to be expressed in both DLBCL and PTCLs, where they ultimately proved to have prognostic relevance as well. In PTCLs, these TFs were able to delineate a disease group with a specific gene-expression profile. CXCR4, CXCR5, ITGA10, PTEN and CD44 were found to be differently expressed between DLBCL cases with CNS affision when compared to those without CNS disease. These molecules seem to play a role in the development of CNS relapse and hopefully, if further verified, will lead towards the identification of biological markers for CNS relapse prediction. / Tiivistelmä Lymfoomat ovat heterogeeninen ryhmä imukudossyöpiä, joista diffuusi suurisoluinen B-solulymfooma (DLBCL) on yleisin alatyyppi. Se on aggressiivinen maligniteetti, jonka insidenssi on noussut viime vuosina. DLBCL potilaiden ennuste on parantunut merkittävästi, mutta yhä osa potilaista menehtyy tautiinsa. DLBCL:n keskushermostorelapsin kliininen merkitys on tänä päivänä aiempaa suurempi. Sekundaarisen keskushermostolymfooman (sCNSL) ja primaarin aivolymfooman (PCNSL) ennusteet ovat nykyhoidoilla huonoja, joten keskushermostorelapsin ennaltaehkäiseminen on tärkeää. Perifeeriset T-solulymfoomat (PTCLs) ovat ryhmä harvinaisia neoplasioita, joka sisältää useita eri alatyyppejä, joiden morfologiset ja immunofenotyyppiset ominaisuudet ovat monimuotoisia ja osin päällekkäisiä. Eri entiteettien indentifiointi on parantunut, mutta PTCL:ien biologinen tietämys on yhä DLBCL:aa heikompaa. PTCL:ien optimaalinen hoito ei ole selvillä ja tätä tautiryhmää on pitkään hoidettu samoilla hoidoilla kuin DLBCL:aa, mutta huonommilla hoitotuloksilla. Tutkimuksen tavoitteena oli löytää huonon ennusteen markkereita, joilla myös pystyttäisiin ennustamaan DLBCL:n keskushermostorelapsia. Aineisto koostui DLBCL, sCNSL, PCNSL ja PTCL näytteistä. Immunohistokemiallisilla värjäyksillä tutkittiin epiteliaalis-mesenkymaalisen transition (EMT) transkriptiotekijöitä (TF), kemokiinireseptoreita sekä adheesioon-, migraatioon ja inflammaatioon assosioituja molekyylejä. Immunoelektronimikroskopialla varmennettiin molekyylien lokalisaatio soluissa. Geeniekspressioprofiloinnilla (GEP) verrattiin kahdentoista hyvän ja huonon ennusteen ryhmään kuuluvan PTCL näytteen välisiä geeniekspressioeroja sekä kahden DLBCL potilaan näytteitä, joista toiselle kehittyi keskushermostorelapsi. EMT TF:ien ekspressiota nähtiin DLBCL ja PTCL näytteissä, joissa niillä myös todettiin olevan ennusteellista merkitystä. PTCL:ssa TF:t pystyivät erottelemaan tautiryhmän, jolla oli oma spesifinen geeniekspressioprofiilinsa. CXCR4, CXCR5, ITGA10, PTEN ja CD44 ekspressio oli erilaista systeemisissä DLBCL tapauksissa verrattuna sCNSL tapauksiin. Edellä mainituilla molekyyleillä näyttää olevan oma roolinsa keskushermostotaudin kehittymisessä ja jos nämä tulokset pystytään vahvistamaan tulevissa tutkimuksissa, johtavat ne toivottavasti kohti keskushermostorelapsiriskin tarkempaa tunnistamista.