Abstract Atherosclerosis is the major cause of cardiovascular diseases and the leading cause of death globally. Atherosclerosis is a complex, chronic disease characterized by lipid accumulation and inflammation within the intima layer of vessel wall. Novel biomarkers and therapeutics are still being sought to provide both better diagnosis and treatment. Ghrelin represents an attractive target for studies into atherosclerosis. Ghrelin is a gastric peptide hormone, which has multiple functions, including regulation of appetite and energy metabolism. Emerging evidence suggests that it may also have a role in the cardiovascular and immune systems. The aim of the present study was to explore the role of ghrelin in atherosclerosis. The specific aims were 1) to investigate the association between the plasma ghrelin level and early atherosclerosis as determined by carotid artery intima media thickness (IMT) in a large (n =  1024) cross-sectional population-based study of middle-aged subjects, 2) to measure the associations between plasma ghrelin levels and already established risk factors of atherosclerosis in human subjects, 3) to assess the effects of ghrelin on atherogenesis in vitro by analyzing monocyte adhesion to endothelial cells, oxidized low density lipoprotein (LDL) binding and acetylated LDL uptake using macrophages, and 4) to study the influence of ghrelin on atherosclerosis using ghrelin vaccination in a mouse model of atherosclerosis. Plasma total ghrelin levels were positively associated with carotid IMT in male subjects. Association studies demonstrated plasma ghrelin levels to be negatively associated with total and LDL cholesterol, and triglyceride concentrations as well as with body mass index (BMI), and positively assocated with high density lipoprotein (HDL) cholesterol concentration in postmenopausal women and in a population-based study. In addition, estrogen increased plasma acylated ghrelin levels in postmenopausal women. Cell culture studies demonstrated that ghrelin could increase the binding of oxidized LDL and monocytes to endothelial cells. Interestingly, when endothelial cells were stimulated with tumor necrosis factor α (TNFα), then ghrelin prevented monocyte adhesion. The study with LDL receptor knockout mice, revealed that ghrelin vaccination could increase plasma ghrelin levels but had no effects on the development of atherosclerosis. However, the plasma MCP-1 level decreased in mice immunized with ghrelin vaccine. In conclusion, these studies suggest that ghrelin has modulatory functions in the vascular system and atherogenesis though the effect may not be as dominant as that of the known traditional risk factors. Whether this effect of ghrelin is positive or negative in atherogenesis will be clarified in further studies. / Tiivistelmä Sydän- ja verisuonitaudit ovat suurin kuolinsyy niin Suomessa kuin useimmissa länsimaissakin. Näiden sairauksien taustalla on yleensä valtimonkovettumatauti eli ateroskleroosi, joka voi kliinisesti ilmentyä mm. sepelvaltimotautina, aivoveritulppana ja laskimotautina. Ateroskleroosissa tulehdussoluja ja kolesterolia kertyy verisuonen seinämään muodostaen ahtauman eli ateroomaplakin valtimoon. Valtimonkovettumataudin riskitekijäitä tunnetaan jo hyvin, mutta uusia tautia ennustavia merkkiaineita sekä hoitomuotoja tarvitaan yhä. Greliini on mahalaukusta eritettävä peptidihormoni, joka osallistuu elimistössä mm. ruokahalun, energiametabolian, tulehdustekijöiden sekä sydän- ja verenkiertoelimistön toiminnan säätelyyn. Tämän työn tavoitteena oli tutkia greliinin yhteyttä ihmisen valtimonkovettumatautiin. Tutkimus toteutettiin käyttämällä kahta eri potilasaineistoa, soluviljelykokeita sekä valtimonkovettumataudin hiirimallia. Laajassa väestöpohjaisessa potilasaineistossa tutkittiin veren greliinipitoisuuden yhteyttä kaulavaltimon seinämän paksuuteen, jota pidetään valtimonkovettumista kuvaavana tekijänä. Veren greliinipitoisuuden yhteyttä valtimonkovettumataudin tunnettuihin riskitekijöihin tutkittiin myös laajassa potilasaineistossa sekä vaihdevuosi-ikäisillä naisilla, joille annettiin estrogeenikorvaushoitoa. Solukokeilla selvitettiin greliinin vaikutusta tärkeisiin valtimonkovettumataudin syntyvaiheisiin käyttäen monosyytti-, endoteelisolu- sekä makrofaagi-soluviljelmiä. Greliinin vaikutusta ateroskleroosiin in vivo selvitettiin rokottamalla LDL-reseptoripuutteiset hiiret greliini-rokotteella. Tutkimuksessa havaittiin yhteys veren korkean greliinipitoisuuden ja kaulavaltimon seinämän paksuuden välillä miehillä laajassa potilasaineistossa (n =  1024). Tulosta tukivat soluilla tehdyt kokeet, joissa greliini lisäsi hapettuneen LDL:n sitoutumista makrofaageihin sekä monosyyttien tarttumista endoteelisolujen pinnalle. Greliinin vaikutukset monosyyttien tarttumiseen endoteelisolujen pinnalle olivat päinvastaiset silloin, kun endoteelisolut käsiteltiin tulehdusta stimuloivalla tekijällä. Matalat veren greliinipitoisuudet olivat myös yhteydessä korkeisiin LDL-kolesteroli- ja triglyseriditasoihin sekä painoindeksiin ja matalaan HDL-kolesterolitasoon potilasaineistoissa. Estrogeeni nosti veren greliinipitoisuutta vaihdevuosi-ikäisillä naisilla. Greliinirokote ei vaikuttanut ateroskleroosin kehittymiseen hiirimallissa. Tutkimustulosten perusteella greliinillä näyttäisi osallistuvan valtimonkovettumataudin kehitykseen, vaikkakin sen vaikutus on pienempi kuin aiemmin tunnetuilla taudin riskitekijöillä.

Abstract Venous malformations (VMs) are localized defects in vascular morphogenesis which can seriously impede or even threaten the patient’s life. VMs are characterized by enlarged, torturous vein-like channels lined by unevenly distributed smooth muscle cells. A large number of mutations in the endothelial TIE2 receptor tyrosine kinase have been found from more than half of the lesions screened, thus providing a common genetic cause. TIE2 has a crucial role in vascular development, remodeling and quiescence. However, the molecular and cellular abnormalities caused by TIE2-mutations in endothelial cells and how they relate to VM formation have been unknown. The aim of this study was to examine how VM-specific mutations affect the molecular characteristics of TIE2-receptor downstream signaling and cellular functions. Because no effective treatment has been available for VMs, a better understanding of the molecular basis of their pathology should enable the development of more potent and non-invasive treatments as well as provide a better understanding of vascular morphogenesis in general. The results demonstrate that the TIE2-VM forms have both common and specific effects on TIE2 and the endothelial cells (ECs) expressing them. Mutation-induced TIE2 autoactivation leading to loss of normal EC monolayer organization due to extracellular matrix (ECM) fibronectin deficiency was found to be a common change. This was shown to occur through chronic activation of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway, which also caused activation of the proteolytic plasminogen system. Also, most mutations altered TIE2 trafficking and angiopoietin ligand regulated TIE2 functions, albeit through different mechanisms. Using RNA-screening we showed that the most common sporadic TIE2-VM mutation dysregulates genes affecting vascular development, cell migration and ECM remodeling. PDGFB, a major attractant of vascular mural cells, was found to be strongly attenuated due to chronic activation of Akt, which also increases EC survival, by the TIE2 mutant receptors. To conclude, the results in this thesis reveal genetic, molecular and cellular alterations which may potentiate VM formation. This data provides new information on the pathological mechanisms behind abnormal vascular morphogenesis and should assist the development of new molecular treatment strategies for VM patients. / Tiivistelmä Laskimoepämuodostumat ovat paikallisia verisuoniston kehityksen häiriöitä. Riippuen niiden koosta ja anatomisesta sijainnista ne voivat aiheuttaa merkittävää haittaa. Epämuodostumat koostuvat laajentuneista, laskimonkaltaisista verisuonista, joissa sileiden lihassolujen kerros on puutteellisesti järjestäytynyt. Yli puolessa tutkituista laskimoepämuodostumista havaitaan mutaatioita verisuonten sisäpinnan endoteelisoluissa ilmenevässä TIE2 reseptorityrosiinikinaasissa, joka säätelee verisuonten kehitystä, muokkausta ja fysiologista toimintaa. TIE2-mutaatioiden aiheuttamia molekyyli- ja solutason muutoksia tai niiden yhteyttä epämuodostumien syntyyn ei ole aikaisemmin tunnettu. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, miten laskimoepämuodostumista löydetyt mutaatiot vaikuttavat TIE2-reseptorin toimintaan molekyyli- ja solutasolla sekä TIE2-reseptorista alkavaan solunsisäiseen viestintään. Koska pysyvää hoitomuotoa laskimoepämuodostumille ei tunneta, voisi tieto niiden taustalla olevista patologisista mekanismeista edesauttaa parempien, ei-kajoavien hoitomuotojen kehittämisessä ja antaa myös yleisesti uutta tietoa verisuoniston kehityksestä. Väitöskirjan tulokset osoittavat, että mutaatiot vaikuttavat TIE2-reseptoriin ja sitä ilmentäviin endoteelisoluihin mutaatioille yhteisillä sekä mutaatiokohtaisilla tavoilla. Mutaatioille tyypillinen TIE2-reseptorin ligandista riippumaton aktivaatio aiheutti aktivaation nousun myös TIE2:sta alavirtaan olevissa viestinvälittäjissä. Tämä puolestaan johti fibronektiini-proteiinin häviämiseen soluväliaineesta, sileitä lihassoluja säätelevän PDGFB-kasvutekijän ilmenemisen laskuun ja solujen ohjelmoidun solukuoleman vähenemiseen. Useimmat tutkitut mutaatiot muuttivat myös TIE2-reseptorin sijaintia soluissa häiriten TIE2:n angiopoietiini-ligandien säätelemiä toimintoja usean eri mekanismin kautta. Transkriptomin laajuiset RNA-tutkimukset osoittivat monien verisuonten kehitykseen, solujen liikkumiseen ja soluväliaineen muokkaukseen liittyvien geenien ilmentymisen muuttuneen. Lopputuloksena tutkimus paljasti geeni-, molekyyli-, ja solutason muutoksia, jotka saattavat vaikuttaa laskimoepämuodostumien syntyyn. Tulokset antavat lisätietoa sairautta aiheuttavista mekanismeista verisuoniston kehityksen häiriöiden taustalla ja ovat hyödyksi kehitettäessä uusia lääkkeitä laskimoepämuodostumien molekulaarisia hoitoja varten.