Abstract Increased plasma cholesterol is a well-known risk factor for cardiovascular diseases in middle and early old age. At older ages, this association seems to disappear. Very few studies have assessed the impact of the lifelong cholesterol burden on old age, the purpose of this thesis. Study populations consisted of 1) old persons with familial hypercholesterolemia (FH), a genetic disorder associated with an increased risk of coronary heart disease (CHD) if untreated, and 2) initially healthy men (The Helsinki Businessmen Study, HBS) followed-up from midlife to old age. A population-based FH cohort, aged ≥ 65 years (n=37, aged 65 to 84 years) agreed to participate in this study. All but one of them had been using statin therapy for approx. 15 years. Variables studied were: health-related quality of life (HRQoL) with questionnaires (RAND-36, 15D), a brain magnetic resonance imaging (MRI) scan and cognitive tests (CERAD). These older FH patients enjoyed a similar HRQoL as controls in the general population. Only two (6%) of the older FH patients had clinically silent brain infarcts detected by MRI and those aged 65 to 74 years did not have more white matter hyperintensities (WMHIs) when compared to middle-aged controls. In the cognitive assessments, FH patients, especially those with duration of statin therapy longer than median, even expressed better episodic memory than population controls. HBS consists of a cohort of men (3277 men) who at baseline (1964–1973) were healthy and in their 40s. They were subdivided into seven groups according to baseline total cholesterol value at 1 mmol/L intervals starting from ≤  4 mmol/L. In 2000, at a mean age of 73 years, they filled a postal questionnaire including RAND-36. Cumulative mortality data were collected up to January 2010. A strong and graded relation was found between the cholesterol level and total mortality, those men with a cholesterol level ≤  4 mmol/L exhibiting the lowest mortality. A low cholesterol value at midlife also predicted a better score in the Physical functioning scale of RAND-36 in old age. In conclusion, in initially healthy men, a low cholesterol value at midlife was associated with better survival and better physical function in old age. Despite their genetic risk, FH patients on long-term statin medication seemed to enjoy a health and cognitive status similar to the general population. / Tiivistelmä Suurentunut plasman kolesterolipitoisuus on tunnettu valtimotautien riskitekijä keski-iässä, mutta vanhuusiässä kolesterolin merkitys näyttää vähentyvän. Hyvin harvassa tutkimuksessa on tutkittu elämänaikaisen kolesterolitason vaikutuksia vanhuusiän terveydentilaan, kuten tässä väitöskirjatyössä. Tutkimuskohteina olivat 1) iäkkäät, joilla on familiaalinen hyperkolesterolemia (FH) eli perinnöllinen sairaus, johon hoitamattomana liittyy lisääntynyt sepelvaltimotaudin riski, sekä 2) alun perin terveet miehet (Helsingin Johtajatutkimus), joita seurattiin keski-iästä vanhuuteen. Väestöpohjainen, 65 vuotta täyttänyt (65–84 vuotta, 37 henkilöä) FH-potilaiden ryhmä oli yhtä lukuun ottamatta käyttänyt keskimäärin 15 vuoden ajan statiinilääkitystä. Heille tehtiin seuraavat tutkimukset: terveyteen liittyvän elämänlaadun kyselyt (RAND-36- ja15D-mittarit), aivojen magneettitutkimus (MRI) ja kognitiota tutkivat testit (CERAD). FH-potilaiden elämänlaatu ei eronnut väestöverrokeista. Aivojen MRI tutkimuksessa vain kahdella (6 %) FH-potilaalla oli todettavissa kliinisesti hiljainen aivoinfarkti ja 65–74-vuotiailla FH-potilailla ei ollut enempää valkean aineen muutoksia kuin keski-ikäisillä verrokeilla. Kognitiotutkimuksissa FH-potilailla oli parempi episodinen muisti kuin väestöverrokeilla, etenkin niillä FH-potilailla, joiden statiinihoidon kesto oli mediaania pidempi. Helsingin Johtajatutkimukseen kuului alun perin 3 277 lähtötilanteessa (1964–1973) tervettä keski-ikäistä miestä. Heidät jaettiin lähtövaiheen kolesterolitason perusteella seitsemään ryhmään yhden millimoolin välein siten, että alin ryhmä oli alle 4 mmol/l. Vuonna 2000 (keski-ikä 73 vuotta) lähetettiin postikysely, johon kuului myös RAND-36. Kokonaiskuolleisuutta seurattiin tammikuuhun 2010 asti. Kokonaiskuolleisuuden ja keski-iän kokonaiskolesterolin välillä oli vahva ja asteittainen suhde siten, että niillä miehillä oli pienin kuolleisuus, joilla oli alin kolesteroli (alle 4 mmol/l). Pienin kolesterolipitoisuus keski-iässä oli myös yhteydessä RAND-36-mittarin Fyysinen toimintakyky -osion parempaan pistemäärään. Yhteenveto: Alun perin terveillä miehillä pieni kolesterolipitoisuus keski-iässä ennusti pitempää elämää ja myös parempaa fyysisistä toimintakykyä vanhalla iällä. Huolimatta perinnöllisestä riskistä oli pitkäaikaista statiinilääkitystä käyttäneiden FH-potilaiden terveydentila muuta väestöä vastaava.

Abstract The principal aim of this study was to explore associations between systemic inflammatory status and periodontal inflammation and tissue destruction. The study population consisted of 61 patients with chronic periodontitis, 30 periodontally healthy control subjects, and 80 subjects with type 1 diabetes mellitus (T1DM). The T1DM subjects were periodontally treated and re-examined eight weeks after completion of the treatment. The periodontal measures included plaque, probing depth (PD), bleeding on probing (BOP) and attachment level (AL). The serum levels of interleukin (IL)-6, tumor necrosis factor (TNF)-α, and interleukin (IL)-10, as well as the gingival crevicular fluid (GCF) level of matrix metalloproteinase (MMP)-8 were analyzed using commercially available ELISA assays, and serum high density lipoprotein (HDL) level using direct enzymatic methods. Serum IL-6 level associated significantly with the extent of inflamed periodontal pockets in T1DM subjects. Moreover, serum IL-6 modulated local periodontal inflammation in T1DM patients; periodontal healing turned out to be poorer in subjects with a high level of serum IL-6 than in those with a low level. Serum TNF-α/IL-10 ratio was three times higher in chronic periodontitis patients than in periodontally healthy control subjects. In T1DM subjects a significant inverse association between serum HDL level and the extent of inflamed periodontal pockets was found; subjects with a low serum HDL level presented 50% more inflamed periodontal sites than subjects with a high serum HDL level. A significant association between GCF MMP-8 level in shallow crevices and the extent of periodontal attachment loss in chronic periodontitis patients was observed. In conclusion, we focused on analyzing associations between systemic inflammatory status and periodontal conditions. According to our results, periodontal inflammation/infection is associated with systemic inflammatory status using serum IL-6, TNF-α/IL-10 ratio and HDL as indicators. Also, a high level of MMP-8 in GCF in shallow crevices could be indicative of higher susceptibility to periodontal infection and tissue destruction. / Tiivistelmä Tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella hampaiden kiinnityskudosten tulehduksen (pardodontiitti) ja siihen liittyvän inflammaation yhteyttä systeemiseen tulehdustilaan. Tutkimusaineistoon kuului 61 yleistervettä potilasta, joilla oli kohtalaisesti tai pitkälle edennyt parodontiitti, 30 yleistervettä yksilöä, joiden hampaiden kiinnityskudokset olivat terveet/lähes terveet (kontrolliryhmä), sekä 80 tyypin 1 diabetes mellitus (T1DM) potilasta, joilla esiintyi vaihtelevasti parodontiittia. T1DM potilaiden parodontiitti hoidettiin, ja heidät tutkittiin uudelleen kahdeksan viikon kuluttua hoidon päättymisestä. Tutkittavilta tarkastettiin plakin määrä, ientaskujen syvyys, ienverenvuoto ja hampaiden kiinnityskudoksen menetys. Systeemistä tulehdustilaa mitattiin käyttäen seerumin interleukiini (IL)-6, tuumorinekroosifaktori (TNF)-α ja interleukiini (IL)-10 tasoja. Lisäksi määritettiin ientaskunesteen matriksimetalloproteinaasi (MMP)-8 taso. Kaikki edellä mainitut tulehduksen välittäjäainetasot määritettiin käyttäen ELISA-menetelmää. T1DM potilaiden seerumin IL-6 pitoisuuden ja tulehtuneiden ientaskujen määrän välillä vallitsi positiivinen yhteys. Lisäksi havaittiin, että seerumin korkea IL-6 taso heikensi parodontiitin paranemista. T1DM potilailla havaittiin käänteinen yhteys seerumin HDL-pitoisuuden ja tulehtuneiden ientaskujen määrän välillä. Tutkittavilla, joilla seerumin HDL-taso oli matala (<1.35 mmol/l), oli 50 % enemmän tulehtuneita ientaskuja kuin niillä, joilla HDL-taso oli korkea (≥1.35). Parodontiitti-ryhmässä seerumin TNF-α/IL-10 suhde oli kolminkertainen verrattuna kontrolliryhmän vastaavaan ilmentäen voimakkaampaa matala-asteista tulehdusta parodontiitti-potilailla. Matalista (<4 mm) ientaskuista kerätyn ientasunesteen MMP-8 pitoisuuden ja parodontiitin vaikeusasteen välillä vallitsi merkittävä postiivinen yhteys parodontiitti-potilailla. Yhteenvetona, systeemisen tulehdustilan ja hampaiden kiinnityskudosten välillä vallitsee kaksisuuntainen yhteys; toisaalta parodontiitti lisää matala-asteista systeemistä tulehdustilaa ja toisaalta kohonnut systeeminen tulehdustila lisää alttiutta parodontiittiin ja siihen liittyvään inflammaatioon. Lisäksi ientaskunesteen korkea MMP-8 pitoisuus matalissa ientaskuissa voi merkitä lisääntynyttä alttiutta parodontiumin alueen tulehdukselle ja kudostuholle.

Abstract The function of skeletal muscle is to generate force and produce movement. These tasks are carried out by long multinucleated cells, the skeletal myofibres. The membrane system and the cytoskeleton of these cells are uniquely organized to respond rapidly to neuronal stimuli and to achieve efficient contraction. In the present study the organization and distribution of selected protein/lipid based microdomains that reside in the plasma membrane and sarcoplasmic reticulum of isolated rat skeletal myofibres, were investigated. Aquaporin 4 (AQP4) water channels are arranged as higher order oligomers of several sizes in the sarcolemma and in the T tubules. These oligomers, however, were absent from many specialized micro- and- macrodomains. The distribution of AQP4 coincided with that of a highly organized protein assembly, the dystrophin glycoprotein complex (DGC), in the sarcolemma. A chimaeric venus-AQP4 was equally mobile in the T tubules and sarcolemma, but the anchoring mechanisms of the protein appeared to be different. In contrast to AQP4, the proteins resident in cholesterol and sphingolipid-based microdomains, known as rafts, also occupied DGC deficient areas, which surround the T tubule openings. Indeed, flotillin-1 rafts were located in the neck portions of the T tubules. The rafts defined by the influenza haemagglutinin (HA) also resided in DGC deficient areas, but at the borders of the DGC area. Importantly, of the raft proteins, only the localization of caveolin 3 (CAV3) was dependent on the cholesterol enriched lipid environment, as evidenced by cholesterol depletion experiments and localization studies on a non-raft associated variant of HA. The organization and distribution of membrane associated rough ER (RER) proteins were also analysed. Biochemical detergent extraction analyses and immunofluorescence staining indicated that the ER proteins were assembled as microdomains within the sarcoplasmic reticulum (SR). The microdomains were distributed throughout the SR network and they were capable of protein translocation. Taken together, skeletal myofibres comprise visually distinct microdomains both in the plasma membrane and in the SR. In the plasma membrane, different types of microdomains are not homogenously distributed and function in diverse locations. This may have important physiological implications concerning, among other things, local regulation of ion concentrations and cell signalling cascades. Different constraints ranging from protein-protein interactions to the surrounding lipid environment are important for dictating the observed distribution patterns. / Tiivistelmä Luustolihaksen toimintojen perustana ovat supistumiskykyiset lihassolut, joiden kalvorakenne on järjestynyt erityisellä tavalla ohjaamaan supistusta. Tässä tutkimuksessa analysoitiin proteiini- ja lipidiperustaisten mikroalueiden järjestäytymistä ja tähän vaikuttavia tekijöitä luustolihassolun solukalvolla sekä lihassolun sisäisessä kalvojärjestelmässä, sarkoplasmisessa verkossa (SR). Ensin analysoitiin vesikanavatyyppiä 4 (AQP4), joka oligomerisoituessaan muodostaa erikokoisia mikroalueita. Havaittiin, että AQP4-mikroalueita esiintyy kaikkialla solukalvolla lukuun ottamatta eräitä erilaistuneita mikro- ja makroalueita. AQP4-oligomeerien jakauma solukalvon lateraalisessa osassa, sarkolemmalla, noudatti dystrofiini-glykoproteiinikompleksin jakaumaa. Fluoresoivan venus-AQP4-proteiinin avulla osoitettiin, että proteiinin liikkuvuus oli samanlainen solun sisään ulottuvissa poikkiputkistoissa ja sarkolemmalla, mutta liikkuvuutta rajoittavat tekijät olivat erilaisia näissä solukalvon osissa. Toiseksi analysoitiin kolesteroli- ja sfingolipidipitoisia mikroalueita, kalvolauttoja. Flotilliini-1- ja influenssaviruksen hemagglutiniini (HA) -proteiinia sisältäviä lauttoja esiintyi vain poikkiputkien suuaukkojen alueella, mutta lauttojen jakauma oli erilainen. Lauttojen lipidiympäristöllä ei ollut vaikutusta proteiinien sijaintiin. Tämä osoitettiin kolesterolin poistokokeilla sekä kokeilla, joissa käytettiin mutatoitua HA-proteiinia, joka ei hakeudu kolesteroliympäristöön. Kaveoliini-3-proteiinin sijainti poikkeaa edellä mainituista, ja kolesterolin poisto vaikutti merkittävästi sijainnin määräytymiseen. Kolmanneksi analysoitiin, miten karkean endoplasmakalvoston proteiinit ovat järjestäytyneet SR:ssä. Havaittiin, että endoplasmiset kalvoproteiinit eivät ole homogeenisesti levittäytyneet SR-kalvostoon vaan muodostavat pieniä mikroalueita. Detergenttiuuttoanalyysit osoittivat lisäksi, että näissä mikroalueissa on erilainen lipidikoostumus kuin SR:ssä yleensä. Huomattavaa oli myös, että mikroalueet olivat toiminnallisia kaikkialla SR-kalvostossa. Tulosten perusteella luustolihassolujen kalvojärjestelmä sisältää mikroalueita, joiden jakautuminen vaikuttaa hyvin organisoituneelta. Erityisesti solukalvon mikroalueet esiintyvät tietyillä spesifeillä alueilla, joissa niiden voidaan olettaa toimivan mm. erilaisissa solusignalointitapahtumissa ja paikallisessa ionipitoisuuksien säätelyssä. Eräissä tapauksissa lipidiympäristöllä on merkitystä mikroalueiden sijainnin määräytymisessä, mutta proteiinien sitoutuminen solukalvo- tai solukalvon alaisiin rakenteisiin saattaa myös olla määräävä tekijä.

Abstract Obesity and dyslipidemia are major risk factors for type 2 diabetes, cardiovascular diseases (CVD), cancer, and musculoskeletal disorders. In prevention, the major goal is to limit calorie consumption and to reduce LDL-C and triglyceride. Dietary fiber (DF) intake is inversely related to body weight gain, insulin resistance, dyslipidemia, and CVD. This thesis investigated the effects of the DFs polydextrose (PDX) and lignin-rich insoluble residue (INS) from brewer’s spent grain (BSG) on lipid metabolism and obesity in diet-induced obese mice. In study 1, PDX was investigated on lipid metabolism in Western-diet-fed mice. We found that PDX reduced fasting plasma cholesterol and triglyceride, food intake, and increased bacteria such as Allobaculum, Bifidobacterium and Coriobacteriaceae in the gut. These changes in the gut microbiota with PDX were associated with downregulation of the genes Fiaf, Dgat1 and Cd36, and upregulation of Fxr in the intestine. We suggest that the hypolipidemic effect of PDX is exerted via diet-induced modification of gut microbiota and gene expression. In study II, INS from BSG was studied for its degradation products in mice fed with a fiber-deficient diet. We found that INS was partially degraded by gut microbiota and contributed to the phenolic pool. The major metabolite in mouse urine was 4-methylcatechol, a degradation product of lignin. In study III, the effects of INS from BSG were studied on lipid metabolism and obesity in high-fat diet-fed mice. INS showed hypocholesterolemic effects, reduced body weight and hepatic steatosis, and increased bacterial diversity, Clostridium leptum, and Bacteroides. INS increased bile acid excretion in the feces and upregulated the genes Srebp2, Hmgcr, Ldlr, Cyp7a1, Pparα, Fxr and Pxr in the liver. The present results suggest that INS from BSG induced beneficial systemic changes via bile acid and gut microbiota. In study IV, PDX was investigated for food intake and appetite-related parameters in healthy and overweight females in an acute study. A midmorning preload of 12.5 g PDX reduced hunger by 31.4% during satiation period while there was no significant change in energy intake compared to placebo. In addition, PDX lowered plasma insulin significantly, by 15.7%, and increased GLP-1 by 39.9%. PDX may reduce appetite, but a larger trial would be needed. / Tiivistelmä Liikalihavuus ja rasvatasapainon häiriöt ovat riskitekijöitä sydän- ja verisuonisairauksien, tyypin 2 diabeteksen, syövän sekä luuston ja lihaksiston sairauksien kehittymiseen. Näiden sairauksien ehkäisyssä pääasiallisena tavoitteena on vähentää energiansaantia, LDL-kolesterolia ja triglyseridejä. Ruoan ravintokuitujen saannin on osoitettu olevan yhteydessä painon ja plasman rasvatasojen laskuun sekä sydän- ja verisuonisairauksien vähenemiseen. Tässä tutkimuksessa selvitettiin ravintokuitu polydekstroosin (PDX) ja viljanjyvien prosessoinnista ylijäävän (BSG, brewer’s spent grain) ligniinipitoisen liukenemattoman sivutuotteen (INS) merkitystä rasva-aineenvaihduntaan ja aineenvaihduntasairauksiin liikalihavilla hiirillä. Tutkimuksessa I tarkasteltiin ravintokuitu PDX:n vaikutusta rasvojen aineenvaihduntaan länsimaisella ruokavaliolla ruokituilla hiirillä. Tutkimus osoitti, että ruokavalioon lisätty PDX alensi plasman kolesteroli- ja triglyseriditasoja paastossa sekä hillitsi ravinnonottoa ja lisäsi Allobaculum-, Bifidobacterium- ja Coriobacteriaceae-suolistobaktereja. Nämä suolistomikrobiston muutokset ovat yhteydessä Fiaf, Dgat1 ja Cd36 -geenien ilmentymistasojen laskuun ja Fxr -geenin ilmentymistason nousuun PDX-lisäruokittujen hiirien suolistossa. PDX:n hypolipideeminen vaikutus näyttäisi välittyvän ruokavaliosta johtuvan suoliston geenien ilmentymisen ja suolistomikrobiston muuttumisen kautta. Tutkimuksessa II tarkasteltiin runsaasti ligniiniä sisältävän INS:n hajoamistuotteiden vaikutusta aineenvaihduntaan hiirillä, joiden ruokavaliossa on vähemmän kuitua. Tutkimuksessa havaittiin, että suolistomikrobit hajottivat ravintokuitu INS:n osittain fenoliyhdisteiksi verenkiertoon. INS lisäsi virtsassa 4-metyylikatekolin määrää, joka on ligniinin hajoamistuote. Tutkimuksessa III tarkasteltiin INS-lisäyksen vaikutusta rasva-aineenvaihduntaan ja liikalihavuuteen korkearasvapitoisella ruokavaliolla ruokituilla hiirillä. Tulokset osoittivat, että INS-lisäys ruokavalioon alensi kolesterolia ja eläimen painoa sekä vähensi maksan rasvoittumista ja lisäsi vallitsevien bakteerien monimuotoisuutta, Clostridium leptum- ja Bacteroides -bakteereja. INS lisäsi sappihappojen erittymistä ulosteeseen ja Srebp2, Hmgcr, Ldlr, Cyp7a1, Pparα, Fxr ja Pxr -geenien ilmentymistä maksassa. Tuloksemme osoittivat, että BSG-ylijäämätuotteesta saatu ligniinipitoinen INS sai aikaan hyödyllisiä systeemisiä vaikutuksia suoliston mikrobiston ja sappihappojen muutosten kautta. Tutkimuksessa IV tarkasteltiin PDX:n vaikutusta ravinnonottoon ja ruokahaluun vaikuttaviin muuttujiin normaalipainoisilla ja liikalihavilla naisilla akuutissa tutkimuksessa. Tulosten mukaan ravintokuitu PDX:n nauttiminen aamiaisella vähensi näläntunnetta (31,4 %) seuraavalla aterioinnilla, kun taas plasebolla ei ollut vaikutusta. Lisäksi PDX alensi merkitsevästi insuliinitasoa (15,7 %) ja nosti GLP-1-tasoa (39,9 %). PDX vaikuttaisi vähentävän ruokahalua, mutta lisätutkimuksia tarvitaan.

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 Coronary heart disease (CHD), a manifestation of atherosclerosis, is the leading single cause of death in Finland. CHD is affected by numerous genetic and environmental factors, their combined effects and interactions between them. Low HDL-cholesterol (HDL-C) is an independent risk factor for atherosclerosis and the most common dyslipidemia associated with early onset CHD, but the mechanisms regulating HDL-C levels and protecting from atherosclerosis are still not completely understood. Adiponectin is a hormone that is secreted by adipose tissue and has several anti-atherosclerotic effects. There is multiple evidence suggesting that adiponectin could protect against CHD via positive effects on HDL metabolism. Vascular endothelial growth factor (VEGF) is a potent angiogenic growth factor that has a potentially conflicting role in atherosclerosis; it may have protecting or predisposing effects. The objective of this thesis was to study the genetic background of HDL-C regulation and atherosclerosis. Three studies were executed using extended families with CHD or case-control setting, with samples collected from Northern Finland. In the first study, seven chromosomal regions showing suggestive evidence of linkage were identified for HDL-C regulation, using genome-wide linkage approach. In the second study, we found a strong correlation between HDL-C and adiponectin, but failed to show evidence of a shared genetic background. However, a genetic correlation between adiponectin and low-density lipoprotein-cholesterol was revealed. We also studied the genetic regulation of adiponectin, and for the first time its most active form, high-molecular weight adiponectin, and found suggestive evidence of linkage to three chromosomal regions. In the third study, it was discovered that the studied VEGF gene polymorphisms did not have a major effect on atherosclerosis quantified as carotid intima-media thickness or the risk of acute myocardial infarction (AMI). This thesis presents potential regions for the genetic regulation of HDL-C and adiponectin and gives new information about their relationship and the effect of VEGF polymorphisms in atherosclerosis. The strong correlation between adiponectin and HDL-C was further strengthened, but we failed to show a shared genetic background between them. / Tiivistelmä Sepelvaltimotauti, eräs valtimonkovettumataudin ilmentymä, on yleisin yksittäinen kuolinsyy maassamme. Taudin syntyyn vaikuttavat lukuisat geneettiset ja ympäristötekijät sekä niiden väliset yhteis- ja vuorovaikutukset. Pieni HDL-kolesterolipitoisuus on valtimonkovettumataudin itsenäinen riskitekijä ja yleisin kolesterolipoikkeavuus, joka liittyy varhain ilmenevään sepelvaltimotautiin. HDL-kolesterolin vaihtelun syitä ja tämän "hyvän kolesterolin" sepelvaltimotaudilta suojaavia vaikutusmekanismeja ei kuitenkaan pystytä täysin selittämään. Adiponektiini on rasvakudoksen tuottama hormoni, jonka sepelvaltimotaudilta suojaavan ominaisuuden on ehdotettu johtuvan siitä, että se vaikuttaisi HDL-kolesterolin aineenvaihduntaan. VEGF (vascular endothelial growth factor) on verisuonten sisäseinämissä vaikuttava kasvutekijä, jolla saattaa olla joko sepelvaltimotaudilta suojaavia tai sille altistavia vaikutuksia. Väitöskirjatyön tavoitteena oli tutkia HDL-kolesterolin ja valtimonkovettumataudin geneettistä taustaa. Kolmessa osatyössä tutkittiin suuria pohjoissuomalaisia sepelvaltimotautisukuja; lisäksi käytettiin väestö- ja potilasaineistoja. Ensimmäisessä tutkimuksessa löydettiin koko genomin kytkentäkartoitusmenetelmällä seitsemän kromosomialuetta, jotka saattavat vaikuttaa HDL-kolesterolin säätelyyn. Toisessa tutkimuksessa selvitettiin adiponektiinin, ja ensimmäistä kertaa myös sen aktiivisimman muodon, HMW-adiponektiinin geneettistä taustaa. Kytkentäanalyysissä saatiin viitteitä kolmesta adiponektiineja mahdollisesti säätelevästä kromosomialueesta. Havaittiin myös, että HDL-kolesterolin ja adiponektiinin pitoisuudet korreloivat vahvasti keskenään, mutta yhteistä geneettistä säätelytekijää ei pystytty osoittamaan. LDL-kolesterolin ja adiponektiinin välillä kuitenkin havaittiin geneettinen korrelaatio. Kolmannessa tutkimuksessa todettiin, ettei tutkituilla VEGF-geenin nukleotidimuutoksilla todennäköisesti ole merkittävää syy-yhteyttä valtimonkovettumatautiin kaulavaltimoiden sisäseinämän paksuudella tai sydäninfarktiriskillä mitattuna. Tämä tutkimus tuo uutta tietoa HDL-kolesterolin ja adiponektiinin geneettisestä säätelystä ja niiden suhteesta sekä VEGF-geenin nukleotidimuutosten osuudesta valtimonkovettumataudissa. Tutkimus vahvistaa edelleen HDL-kolesterolin ja adiponektiinin yhteyden, muttei pysty osoittamaan niille yhteistä geneettistä tekijää.