Abstract Functional defects in the muscle specific chloride channel ClC-1 result in reduced chloride conductance and electrical hyperexcitability, which in turn impairs muscle relaxation and leads to myotonia. The gene CLCN 1 codes for ClC-1 in humans, and mutations in CLCN 1 cause the disease known as myotonia congenita. Worldwide over 80 mutations in CLCN1 have been described, but only three were found in patients in Northern Finland. These included two missense mutations and a nonsense mutation. The behavior and localization of the normal and mutated ClC-1 mRNA and protein were analyzed in muscle cell cultures. In intact muscle the ClC-1 protein was seen in the sarcolemma, but after myofiber isolation the protein was located intracellularly. Sarcolemmal localization was restored when myofibers were electrically stimulated or treated with a protein kinase C inhibitor. When mutated ClC-1 proteins were examined in a myofiber cell culture system, retardation in the ER was observed with the two missense mutations. The nonsense mutation did not have an effect on the transport from the ER to the Golgi elements, but the mutated ClC-1 was degraded more rapidly than the wild type ClC-1, at least in myotubes. Both retardation and degradation of the mutated ClC-1 are likely to result in too few channels present at the plasma membrane of the muscle cell to maintain normal physiological function. A very strict quality control in muscle cells was observed. The behavior and survival of multinuclear skeletal muscle cells is dependent on innervation and muscle activity, and the balance between the phosphorylation and dephosphorylation pathways modulates the function of muscle chloride channels. / Tiivistelmä Lihasspesifisen kloridikanavan ClC-1:n toiminnalliset virheet johtavat alentuneeseen kloridin johtumiseen solukalvon läpi ja lihassolun ylieksitoitumiseen. Tämän seurauksena lihaksen rentoutuminen vaikeutuu ja havaitaan myotoniaa, lihasjäykkyyttä. Pohjoissuomalaisesta potilasmateriaalista tautiin johtavia geenimutaatioita löytyi kolme erilaista. Poikkeuksellista havainnoissa on erilaisten mutaatioiden vähyys, mikä on tyypillistä suomalaiselle tautiperinnölle. Yhteensä tämän kloridikanavan mutaatioita on julkaistu yli 80 erilaista. Tutkiessamme normaalin ja mutatoidun ClC-1 lRNA:n ja proteiinin käyttäytymistä ja sijaintia lihassoluviljelmissä. Havaitsimme eron lihasleikkeiden ja eristettyjen myofiibereiden välillä. Lihasleikkeissä ClC-1 paikantui solun pinnalle sarkolemmalle, mutta eristetyissä myofiibereissä lähinnä solun sisälle. Stimuloimalla eristettyjä myofiibereitä sähkövirralla tai käsittelemällä proteiini kinaasi C inhibiittorilla, saimme kloridikanava-proteiinin siirtymään takaisin solun pinnalle. Proteiinitasolla kuljetuksessa on havaittavissa eroja. Aminohappomuutokseen johtavat pistemutaatiot aiheuttivat proteiinin jäämisen endoplasmiseen kalvostoon, kun taas ennenaikaisen stop-kodonin johdosta lyhentynyt proteiini kuljetetaan eteenpäin Golgin laitteeseen. Myotuubeissa tämä lyhentynyt proteiini kuitenkin hajotettiin nopeammin kuin normaali kloridikanavaproteiini. Sekä kuljetuksen hidastuminen että nopeampi hajotus johtavat tilanteeseen, jossa lihassolun solukalvolla on liian vähän kloridikanavia ylläpitämään lihaksen normaalia fysiologista toimintaa. Monitumaisten lihassolujen laaduntarkkailu havaittiin vielä monitahoisemmaksi kuin yksitumaisilla. Monitumainen lihassolu on riippuvainen hermoärsytyksestä ja lihasaktiivisuudesta. Lisäksi fosforylaatioon liittyvä signalointi on tärkeää ClC-1 proteiinin oikealle paikantumiselle lihassolussa.

Abstract Breast cancer is the most common cancer among women, and inherited predisposition is one of the major recognized causes of increased breast cancer risk. Only about half of the hereditary cases are explained by mutations in the known susceptibility genes, including the DNA damage response genes BRCA1, BRCA2 and PALB2, leaving the majority still uncovered. Identification of the missing genetic predisposing factors is important for more effective diagnostics and counseling of the risk families, and also for better understanding of the etiology and cellular characteristics of breast cancer. The first aim of this study was to investigate the cancer associations of six rare germline copy number variant (CNV) deletions, which were previously identified in breast cancer patients by a genome-wide microarray approach. The second aim was to identify novel susceptibility alleles, both protein-truncating variants and missense mutations, by next-generation sequencing (NGS) of nearly 800 DNA damage response genes in 189 hereditary breast cancer patients. The cancer-associations of all selected candidate alleles (6 CNVs, 39 protein-truncating variants and 35 missense mutations) were studied by case-control approach using DNA samples from several hundred breast cancer patients and healthy controls. The prevalence of the studied CNVs did not significantly differ between the cases and controls, but when studying the associations with specific clinical parameters, deletion in the CYP2C19 gene showed enrichment in the breast cancer patients with hormonally triple-negative tumors (p=0.021). As CYP2C19 functions in estrogen metabolism, the results indicate that disturbance of hormonal balance due to enzyme defects may predispose specifically to the estrogen receptor-negative subtype of breast cancer. Two protein truncating-variants, TEX15 c.7253dupT and FANCD2 c.2715+1G>A showed significant breast cancer association in the Northern Finnish cohort (p=0.018 and p=0.036, respectively). Similarly, two of the studied missense variants, RECQL p.Ile156Met (p=0.043) and POLG p.Leu392Val (p=0.010), were enriched in the breast cancer cases. Thus, this study provided novel connections between increased breast cancer risk and inherited mutations in TEX15, FANCD2 and POLG genes, and further supported the recently established role of RECQL as a breast cancer susceptibility gene. / Tiivistelmä Rintasyöpä on naisten yleisin syöpä, ja perinnöllinen alttius on yksi merkittävimmistä sairastumisriskiin vaikuttavista tekijöistä. Tunnetuimpia alttiustekijöitä ovat mutaatiot BRCA1-, BRCA2- ja PALB2-DNA-vauriovastegeeneissä, mutta ne yhdessä muiden altistavien geenimutaatioiden kanssa selittävät kuitenkin vain noin puolet perinnöllisistä rintasyöpätapauksista. Uusien alttiusgeenien löytäminen mahdollistaa tehokkaamman diagnostiikan ja korkeassa syöpäriskissä olevien sukujen perinnöllisyysneuvonnan, sekä auttaa ymmärtämään syvemmin rintasyövän etiologiaa ja syntymekanismeja solutasolla. Tämän väitöskirjan ensimmäisenä päämääränä oli tutkia tarkemmin aiemmin genominlaajuisella mikrosirumenetelmällä rintasyöpäpotilailta tunnistettujen harvinaisten perinnöllisten DNA-kopiolukuvariaatioiden (CNV) yhteyttä rintasyöpäriskiin. Toisena tavoitteena oli tunnistaa uusia rintasyöpäalttiusalleeleja, sekä proteiinitrunkaatioita että missense-mutaatioita, hyödyntämällä uuden sukupolven sekvensointitekniikkaa, jonka avulla tutkittiin mutaatioita lähes 800 DNA-vauriovastegeenistä 189 pohjoissuomalaiselta rintasyöpäpotilaalta. Valittujen kandidaattialleelien (6 deleetion aiheuttavaa CNV:tä, 39 proteiinitrunkaatiota ja 35 missense-mutaatiota) yhteyttä rintasyöpään tutkittiin tapaus-verrokkimenetelmällä käyttäen DNA-näytteitä usealta sadalta rintasyöpäpotilaalta ja terveeltä kontrollihenkilöltä. Tutkittujen CNV:iden esiintyvyydessä ei ollut merkitseviä eroja potilaiden ja kontrollien välillä, mutta tarkasteltaessa yhteyttä potilaiden kasvaimista saatuihin kliinisiin parametreihin, deleetio CYP2C19-geenissä oli yleisempi hormonaalisesti kolmoisnegatiivisissa rintatuumoreissa kuin muissa tuumorityypeissä (p=0.021). Koska CYP2C19 on estrogeenimetaboliaan osallistuva entsyymi, sen viallinen toiminta voi mahdollisesti altistaa erityisesti estrogeenireseptorinegatiiviselle rintasyövälle. Kaksi tutkituista proteiinitrunkaatioista, TEX15 c.7253dupT ja FANCD2 c.2715+1G>A, olivat rikastuneet perinnöllisessä rintasyöpäpotilasaineistossa verrattuna kontrolleihin (p=0.018 ja p=0.036). Myös kaksi missense-alleelia, RECQL p.Ile156Met (p=0.043) ja POLG p.Leu392Val (p=0.010), olivat yleisempiä rintasyöpäpotilailla. Tulokset osoittivat uuden yhteyden kohonneen rintasyöpäriskin ja perinnöllisten muutosten TEX15-, FANCD2- ja POLG-geenien välillä, sekä tukivat aiempia tutkimustuloksia, joiden mukaan RECQL on kohtalaisen riskin rintasyöpäalttiusgeeni.

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 Frontotemporal lobar degeneration (FTLD) is the second most common neurodegenerative disease leading to early-onset dementia (< 65 years), next to Alzheimer’s disease. FTLD is substantially a genetic disorder with up to 50% of cases having a positive family history. Mutations in the genes microtubule-associated protein tau (MAPT) and progranulin (PGRN) account for about 10–20% of all cases of FTLD. Hexanucleotide repeat expansion mutation within the gene C9ORF72 has recently been identified as the major cause of FTLD, FTLD with amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and pure ALS. During this study, hexanucleotide repeat expansion within the C9ORF72 gene was shown to explain nearly 50% of familial and 30% of all FTLD cases in the Finnish population. Otherwise, the genetic background of Finnish FTLD is largely unknown. The object of the present work was to disentangle the genetic aetiology of FTLD in the Finnish population. We studied a cohort of patients with a clinical diagnosis of FTLD from the province of Northern Ostrobothnia, Finland. Sequencing analysis of the genes MAPT, charged multi-vesicular body protein 2B (CHMP2B) and TAR DNA binding protein (TARDBP) were performed and the MAPT haplotypes were analysed. Correlations between genotype and phenotype were studied in patients with C9ORF72 repeat expansion mutation. C9ORF72 expansion mutation explained nearly 30% of cases of FTLD in our cohort. Concomitant ALS and positive family history of the disease increased the possibility of carrying expanded C9ORF72. The clinical phenotype of C9ORF72 expansion carriers varied at presentation: both behavioural and language variants were detected with or without ALS. The behavioural presentations included prominent psychotic features, although psychiatric presentations were not overrepresented in expansion carriers. No pathogenic mutations were identified in the MAPT, CHMP2B and TARDBP genes in our series of FTLD patients. The H2 MAPT haplotype was associated with FTLD in the series. Our findings emphasise the importance of C9ORF72 expansion mutation in FTLD. While mutations in MAPT and PGRN cause a significant proportion of cases of FTLD worldwide, they seem to be rare causes of FTLD in the Finnish population. Besides being infrequent in other populations, mutations in CHMP2B and TARDBP are rare causes of FTLD in the Finnish population as well. Our findings have clinical implications for recognising phenotypic features characteristic of expanded C9ORF72 as well as for genetic counselling of Finnish patients with FTLD. Even though a considerable proportion of our cases of familial FTLD is caused by the C9ORF72 expansion, over 50 % of our familial cases are without a molecular genetic diagnosis, suggesting that there are other unidentified causal genes to be found. / Tiivistelmä Otsa-ohimolohkorappeumat on toiseksi yleisin työikäisten dementiaa aiheuttava etenevä aivojen rappeumasairaus. Toisinaan otsa-ohimolohkorappeumat esiintyvät yhdessä liikehermorappeuman, amyotrofisen lateraaliskleroosin (ALS), kanssa. Perinnöllisillä tekijöillä on todennäköisesti keskeinen merkitys taudin taustalla. Mutaatiot microtubule-associated protein tau (MAPT)- ja progranulin (PGRN) geeneissä aiheuttavat yhteensä 10–20 % otsa-ohimolohkorappeumista maailmalla. C9ORF72-geenissä sijaitsevan toistojaksomonistuman on vastikään todettu olevan yleisin otsa-ohimolohkorappeumia ja ALS:a aiheuttava mutaatio. Mutaatio on erityisen yleinen suomalaisessa väestössä selittäen lähes 50 % suvuittaisista ja 30 % kaikista otsa-ohimolohkorappeumista. Oireyhtymän perinnöllisyys on muutoin huonosti tunnettu suomalaisessa väestössä. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää otsa-ohimolohkorappeumien geneettisiä syitä aineistossa, joka koostui vuosina 1999–2010 Oulun yliopistollisessa sairaalassa tutkituista potilaista. Tutkimuksessa selvitettiin MAPT-, charged multi-vesicular body protein 2B (CHMP2B)- ja TAR DNA-binding protein (TARDBP) geenien mutaatioiden esiintyvyyttä ja määritettiin MAPT-geenin haplotyypit. Lisäksi tutkittiin taudin kliinisiä erityispiirteitä C9ORF72-mutaation kantajilla. C9ORF72-mutaatio selitti lähes 30 % otsa-ohimolohkorappeumista aineistossamme. Tutkimuksessa havaittiin, että suvuittain esiintyvä tautimuoto ja ALS yhdistyneenä otsa-ohimolohkorappeumaan liittyivät merkittävästi C9ORF72-mutaatioon. Monistuman kantajien fenotyyppi oli moninainen – ensioireina oli sekä käytösongelmia että kielellisiä vaikeuksia. Vaikka C9ORF72-mutaation kantajilla on kuvattu runsaasti psykoottisia oireita, psykoottiset oireet eivät olleet selvästi yliedustettuna mutaation kantajilla aineistossamme. Tutkimuksessa ei löydetty tautia aiheuttavia mutaatioita MAPT-, CHMP2B- tai TARDBP-geeneistä. Havaitsimme kuitenkin tilastollisesti merkittävän yhteyden MAPT-geenin H2-haplotyypin ja otsa-ohimolohkorappeumien välillä. Tuloksemme antavat uutta tietoa C9ORF72-mutaation kantajien kliinisistä erityispiirteistä. MAPT-geenin mutaatioiden merkitys otsa-ohimolohkorappeumien synnyssä ei näyttäisi olevan suomalaisessa väestössä niin merkittävä kuin muissa väestöissä. CHMP2B- ja TARDBP-mutaatiot ovat harvinainen oireyhtymän syy myös suomalaisessa väestössä. Tuloksiamme voidaan hyödyntää suomalaisten otsa-ohimolohkorappeumapotilaiden perinnöllisessä neuvonnassa. Huomattavista edistysaskelista huolimatta yli puolet suvuittain esiintyvistä tautitapauksistamme on vailla geneettistä diagnoosia, mikä antaa aihetta jatkotutkimuksille.

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.