Abstract Skin is the largest organ in our body protecting us from ultraviolet radiation and xenobiotics. UV-radiation is a common cause of squamocellular carcinoma and melanoma of the skin that cause morbidity and mortality world wide. Reactive oxygen species are constantly formed by, for example, cellular respiration and UV-radiation, and they can readily react with virtually any macromolecule within cell structures causing damage to DNA, proteins and lipids. Oxidative stress (OS) is a homeostatic process that is dysregulated in cancer cells to their benefit. Nuclear factor erythroid-2-related factor 2 (Nrf2) is the main regulator of antioxidant response and it has been shown to be upregulated in various cancers enabling their survival and growth. By using immunohistochemistry we studied the change and prognostic significance of OS markers in melanoma from paraffin embedded patient samples. Nrf2 expression is increased in melanoma, associating with deeper invasion and a worse melanoma-specific outcome. In addition, epithelial-to-mesenchymal transition markers Slug, Twist and Zeb1 showed altered expression levels in relation to invasion and metastasis associating also with Nrf2. With the help of target inhibition molecules Vemurafenib and MEK-inhibitor CI-1040, In vitro study showed that BRAF- and NRAS-mutations might activate Nrf2. Furthermore, Nrf2-regulated antioxidant enzyme peroxiredoxin I showed decreased expression in malignant melanomas and metastases compared to benign naevi. Intriguing findings were made from the surrounding structures of melanomas e.g. loss of expression of an oxidative lesion marker 8-hydroxy-2’-deoxyguanosine in adjacent endothelial cells associated with worse melanoma-specific survival. Changes in the expression of adhesion molecules claudins 1-5 and 7 were studied in the progression of cutaneous squamous cell carcinomas and preneoplastic lesions. Change in claudin composition can alter epidermal permeability and cell polarity. Efficiency of oncological treatment modalities is frequently based on oxidative stress damage. Nrf2-inhibition could offer the means to increase the sensitivity of cancerous tissue to oxidative insults and hinder proliferative and survival signalling. Later research should focus on the relation of Nrf2 with other signalling and observations made from the tumour microenvironment. / Tiivistelmä Iho on elimistön suurin elin, ja se suojaa meitä auringon ultravioletti (UV)-säteilyltä ja muilta ulkoisilta tekijöiltä. UV-säteily on yhteinen etiologinen tekijä ihon levyepiteelikarsinoomalle ja melanoomalle, jotka aiheuttavat maailmanlaatuisesti paljon sairastavuutta ja kuolleisuutta. Reaktiivisia happiradikaaleja muodostuu esimerkiksi soluhengityksestä ja UV-säteilystä, ja ne voivat reagoida minkä tahansa makromolekyylin kanssa aiheuttaen vaurioita solun perimäainekseen, proteiineihin ja lipidirakenteisiin. Oksidatiivisen stressin (OS) säätely on tärkeä homeostaattinen prosessi, joka vinoutuu syöpäsolujen hyödyksi. Nuclear factor erythroid-2-related factor 2 (Nrf2) on antioksidanttivasteen pääsäätelytekijä, ja sen ilmentyminen on lisääntynyt useissa syövissä lisäten syöpäsolun selviytymistä ja kasvua. Tutkimme potilasaineiston ja immunohistokemian avulla OS:n merkkiaineiden muutoksia melanoomassa ja niiden merkitsevyyttä taudin ennusteelle. Nrf2:n ilmentyminen on lisääntynyt melanoomassa liittyen syvempään invaasioon ja huonompaan tautispesifiseen ennusteeseen. Lisäksi epiteliaali-mesenkymaalitransition merkkiaineiden, Slug, Twist ja Zeb1 ekspression muutoksia havaittiin syvyyskasvun ja metastasoinnin yhteydessä assosioituen myös Nrf2 ilmentymiseen. In vitro- tutkimus osoitti spesifisten inhibiittoreiden avulla, että BRAF- ja NRAS-mutaatiot saattavat aktivoida Nrf2 melanoomassa. Myös Nrf2:n säätelemän entsyymin peroksiredoksiini I:n ilmentyminen on vähentynyt melanoomassa ja metastaaseissa verrattuna hyvänlaatuisiin pigmenttiluomiin. Merkittäviä muutoksia havaittiin myös melanoomaa ympäröivistä rakenteista, esimerkiksi OS:n vauriomarkkerin 8-hydroksi-2’-deoksiguanosiinin vähentynyt ilmentyminen endoteelisoluissa liittyi huonompaan tautispesifiseen ennusteeseen. Lisäksi tutkimme soluväliliitosproteiinien klaudiinien 1–5 sekä 7 ilmentymistä levyepiteelikarsinoomissa ja niiden esiasteissa. Klaudiinien muutokset voivat vaikuttaa ihon permeabiliteettiin ja solujen polarisaatioon. Onkologisten hoitomuotojen teho perustuu usein happiradikaalien aiheuttamiin vaurioihin. Nrf2-inhibitio voisi tarjota keinon lisätä syöpäkudoksen herkkyyttä näille vaurioille sekä estää syöpäsolun selviytymissignalointia. Tulevat tutkimukset tulisivat keskittyä Nrf2 signaloinnin ja muun solusignaloinnin välisiin suhteisiin sekä havaintoihin kasvaimen mikroympäristön muutoksista.

Abstract The heart adapts to hemodynamic overload with cardiac hypertrophy. Initially the increase in heart mass normalizes wall stress and permits normal cardiac function. In the long term pathological growth is associated with increased heart size, loss of functional myocytes and fibrotic replacement, heart dilatation and cardiac dysfunction, which can ultimately lead to heart failure. Vasoactive peptides participate in the regulation of cardiac contractility in an auto/paracrine way, but the peptidergic signaling pathways are largely unknown. The present study aimed to characterize the signaling mechanisms mediating the positive inotropic effect of endothelin-1 (ET-1) and the effects of prolactin releasing peptide (PrRP) on cardiac contractility in the isolated perfused rat heart preparation. The study demonstrated that mitogen-activated protein kinases (MAPK) have opposing roles in the regulation of cardiac contractility stimulated by ET-1. Extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) mediated positive inotropic response to ET-1 was found to be counterbalanced by p38-MAPK. In addition, the effect of ET-1 was partly dependent on enhanced NADPH oxidase reactive oxygen species (ROS) generation, which activated the ERK1/2 pathway. In contrast, β-adrenergic inotropic effect was limited by stimulation of ROS production via negating phospholamban phosphorylation. The positive inotropic effect of ET-1 was counterbalanced by guanylyl cyclase (GC)-cGMP-protein kinase G (PKG) pathway and neuronal nitric oxide synthase (nNOS). PrRP was found to exert a direct positive inotropic effect which was independent of cAMP and was suppressed by concurrent activation of protein kinase Cα (PKCα) and protein phosphatase 1 (PP1), and dephosphorylation of phospholamban. In conclusion, in the present study signaling pathways in the acute regulation of cardiac contractility stimulated by ET-1 were characterized. The results suggest that the positive inotropic effect of ET-1 is mediated by ROS and ERK1/2 while p38-MAPK counterbalances the effect of ET-1. In addition, GC-cGMP-PKG pathway and nNOS modulate the response to ET-1. The study also established the previously unknown cardiac effects of PrRP. The findings provide a better understanding of molecular mechanisms involved in the regulation of cardiac contractility, and may indicate potential targets for novel therapeutic interventions. / Tiivistelmä Sydänlihaksen lisääntynyt mekaaninen kuormitus esimerkiksi verenpainetaudin tai sydäninfarktin yhteydessä voi johtaa sydämen kammion seinämän paksuuntumiseen eli hypertrofiaan. Hypertrofia auttaa sydäntä sopeutumaan lisääntyneeseen työmäärään, mutta se on myös sydän- ja verisuonitautitapahtumien riskitekijä. Pitkään jatkuva kuormitus johtaa usein sydämen pumppausvoiman heikkenemiseen ja sydämen vajaatoimintaan. Sydän tuottaa useita paikallisesti vaikuttavia vasoaktiivisia tekijöitä, jotka osallistuvat sydämen supistuvuuden säätelyyn. Väitöskirjatutkimuksessa tutkittiin signaalinvälitysjärjestelmiä, jotka osallistuvat endoteliini-1:n (ET-1) sydämen supistusvoimaa lisäävän eli positiivisen inotrooppisen vaikutuksen muodostumiseen sekä selvitettiin prolaktiinia vapauttavan peptidin (PrRP) vaikutuksia sydämen supistusvoimaan käyttämällä koemallina eristettyä, perfusoitua rotan sydäntä. Väitöskirjatyön tutkimustulokset osoittivat, että mitogeeni-aktivoituvat proteiinikinaasit (MAPK) ERK1/2 ja p38-MAPK osallistuvat ET-1:n inotrooppisen vaikutuksen säätelyyn. ERK1/2 välitti, ja p38-MAPK rajoitti ET-1:n lisäämää supistusvoiman kasvua. NADPH-oksidaasin tuottamat reaktiiviset happiradikaalit välittivät sydämessä ET-1:n inotrooppista vaikutusta ja ERK1/2 fosforylaatiota. Toisaalta NADPH-oksidaasin tuottamat happiradikaalit rajoittivat β-adrenergisen agonistin inotrooppista vaikutusta. Guanylaattisyklaasi (GC)-cGMP-proteiinikinaasi G (PKG) -järjestelmä ja neuronaalinen typpioksidisyntaasi (nNOS) vaimensivat ET-1:n lisäämää sydämen supistusvoiman kasvua. PrRP lisäsi sydämen inotropiaa syklisestä AMP:stä riippumattomalla tavalla, mutta vasteen säätelyyn havaittiin osallistuvan proteiinikinaasi C ja proteiinifosfataasi 1. Väitöskirjatutkimuksessa saatiin uutta tietoa solunsisäisistä viestinvälitysjärjestelmistä, jotka osallistuvat sydämen supistusvoimaan säätelyyn. Havaintojen perusteella ET-1:n positiivisen inotrooppisen vaikutuksen muodostumista välittävät reaktiiviset happiradikaalit ja ERK1/2, kun taas p38-MAPK rajoittaa vastetta. Lisäksi GC-cGMP-PKG -järjestelmä ja nNOS osallistuvat ET-1:n vaikutusten säätelyyn. Tutkimuksessa havaittiin myös, että PrRP vaikuttaa sydämen supistuvuuteen. Solutason mekanismien yksityiskohtien tunteminen voi mahdollistaa tulevaisuudessa sydän- ja verisuonisairauksien, kuten sydämen hypertrofian ja vajaatoiminnan, hoitomenetelmien tehostumisen ja mahdollisesti uudentyyppisten hoitomenetelmien kehittämisen.

Abstract Cancer is the leading cause of death worldwide. Despite the significant research effort, underlying mechanisms of carcinogenic processes are still poorly understood. In recent decades, a group of extremely reactive oxygen metabolites, reactive oxygen species (ROS), have been linked closely to carcinogenesis. Levels of ROS are constantly controlled by antioxidants to ensure stable redox balance in our cells. An aberrant cellular redox balance is thought to be connected to carcinogenesis by inflicting damage to cellular macromolecules and disturbing normal cellular signalling. In this work, the role of ROS in carcinogenesis was studied by observing the ROS-derived DNA damage marker 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG) in breast cancer and endometriosis-associated ovarian cancer. This marker was also measured in connection with endometriosis and PCOS to study the early stages of the carcinogenic process. In addition, peroxiredoxin antioxidant enzymes were studied in endometriosis-associated ovarian cancer to explore their impact on the carcinogenic process and relationship with ROS-derived DNA damage. There seems to be a decreasing trend in the expression of 8-OHdG in the development of breast cancer and endometriosis-associated ovarian cancer. In breast cancer, low levels of 8-OHdG in serum and in tumour tissue were found to be associated with more aggressive disease. In endometriosis-associated ovarian cancer, 8-OHdG and Prx II expressions in tissue decreased with malignant transformation from benign endometriosis tissue to ovarian cancer. Patients with PCOS were found to have lower levels of 8-OHdG in serum compared with healthy controls and metformin treatment further decreased 8-OHdG levels in obese patients. These results, together with observations is previous studies indicate that in breast cancer and endometriosis-associated ovarian cancer, a high level of ROS-derived DNA damage could be significant factor in the initiation stage of carcinogenesis, whereas in later stages carcinomas benefit from lower ROS levels that support tumour growth and survival via cellular signalling. In endometriosis, there seem to be high amounts of ROS-derived DNA damage, which could explain the increased ovarian cancer risk, while in PCOS, aberrant ROS levels could contribute to the pathogenesis of the disease itself and also to possible cancer incidence by inducing abnormal cellular signalling. / Tiivistelmä Syöpä on nykyisin maailman yleisin kuolinsyy. Vaikka syöpätutkimukseen kohdistetaan maailmanlaajuisesti huomattavia resursseja, syövän kehittymisen perimmäinen syy on edelleen heikosti tunnettu. Yhä kasvavan todistusaineiston perusteella happiradikaalien epäillään liittyvän läheisesti syövän kehittymiseen. Nämä erittäin reaktiiviset hapen aineenvaihduntatuotteet ovat välttämättömiä solujemme normaalille toiminnalle, mutta liian suurina määrinä ne voivat vaurioittaa solun rakenteita ja häiritä solun normaalia viestintää. Solut sisältävät useita antioksidantteja, joiden tärkeimpänä tehtävänä on kontrolloida happiradikaalien määrää ja näin ylläpitää solun hapetus-pelkistys -tasapaino. Tässä väitöskirjatutkimuksessa tutkittiin happiradikaalien yhteyttä syövän kehittymiseen tarkastelemalla niiden aiheuttaman DNA-vaurion merkkiainetta, 8-hydroksideoksiguanosiinia (8-OHdG), rintasyövässä ja endometrioosiin liittyvässä munasarjasyövässä sekä peroksiredoksiiniperheen antioksidanttientsyymejä endometrioosiin liittyvässä munasarjasyövässä. 8-OHdG:n avulla selvitettiin myös munasarjojen monirakkulaoireyhtymän (PCOS) ja endometrioosin yhteyttä syövän kehittymiseen. Lisäksi tutkittiin metformiinin vaikutusta happiradikaalien aiheuttamaan DNA-vaurioon. Väitöskirjatutkimuksen tulosten perusteella 8-OHdG:n määrä vähentyy rintasyövän edetessä ja endometrioosiin liittyvän munasarjasyövän kehittyessä. Matalat 8-OHdG -tasot syöpäkudoksessa ja verinäytteissä ovat yhteydessä aggressiivisempaan taudinkuvaan rintasyövässä. Endometrioosiin liittyvässä munasarjasyövässä kudoksen ilmentämä 8-OHdG ja Prx II vähentyi asteittain siirryttäessä hyvänlaatuisesta endometrioosista munasarjasyöpään. Munasarjojen monirakkulaoireyhtymässä potilaiden verinäytteiden 8-OHdG -tasot olivat merkittävästi matalammat terveisiin verrokkeihin verrattuna. Korkeilla happiradikaalipitoisuuksilla ja niistä aiheutuvalla DNA-vauriolla on väitöskirjatutkimuksen tulosten perusteella tärkeä rooli syövän syntyvaiheessa, kun taas syövän myöhemmissä kehitysvaiheissa matalat happiradikaalipitoisuudet tukevat syövän kasvua ja selviytymistä soluviestinnän avulla. Endometrioosipotilaiden kohonnut munasarjasyöpäriski vaikuttaisi olevan seurausta runsaasta happiradikaalien aiheuttamasta DNA-vauriosta endometrioosikudoksessa. Munasarjojen monirakkulaoireyhtymässä poikkeavien happiradikaalitasojen aiheuttama puutteellinen soluviestintä liittyy mahdollisesti taudin patogeneesiin ja syöpäriskiin.