Abstract Hodgkin lymphoma (HL) is among a heterogeneous group of lymphomas. Over 80% of all patients can be cured with chemo- and radiotherapy. HL has become a model to study long-term effects of radio- and chemotherapy, because of the excellent prognosis. There are a significant number of patients who suffer or die because of the treatment-related long-term toxicity. The aim of this work was to discover new possible biological factors to predict poor prognosis and offer new aspects to individualize patient treatment in a convenient manner in HL. The retrospective study involved HL patients uniformly treated in 1997–2015. Immunohistochemistry was used to determine the expression of various biological markers, including oxidative stress markers 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG) and nitrotyrosine and the antioxidant enzymes manganese superoxide dismutase (MnSOD) as well as peroxiredoxins (Prx II, Prx III, Prx V, Prx VI) in HL patient samples. Using immunohistochemistry, we also evaluated expression of hypoxia-inducible factors (HIF-1α, HIF-2α), prolyl hydroxylase domain enzymes (PHD1, PHD2, PHD3), the epigenetic regulator lysine (K)-specific demethylase 4 (KDM4A, KDM4B, KDM4D) as well as sirtuins (SIRT1, SIRT4, SIRT6), the DNA-repair proteins Human Rap1 interacting factor 1 (Rif1) and O6-alkylguanine DNA alkyltransferase (MGMT) from representative classical Hodgkin lymphoma (cHL) patient samples. Low-level expression of 8-OHdG was associated with poorer relapse-free survival (RFS) in advanced-stage HL and a high extent of MnSOD predicted early relapse in the whole HL cohort. Strong expression of PHD1, KDM4B and KDM4D predicted dismal RFS in radiotherapy-treated cHL patients. The results also showed that strong expression of HIF-1α, SIRT6 and Rif1, and SIRT6 together with Rif1, were associated with prolonged RFS, especially in advanced-stage radiotherapy-treated cHL patients. In multivariate analysis, PHD1, MnSOD, 8-OHdG and Rif1 separately and together with SIRT6 were statistically significant predictors of RFS. The results reflect the significance of the studied biomarkers in HL, especially in radiotherapy-treated patients. This might be beneficial when individualizing treatment strategies, avoiding overtreatment and controlling long-term treatment-related toxicity. Further research, however, is needed to confirm these preliminary findings. / Tiivistelmä Hodgkinin lymfooma (engl. HL) kuuluu heterogeeniseen imukudossyöpien eli lymfoomen ryhmään. Yli 80 % lymfoomapotilaista voidaan parantaa solunsalpaaja- ja sädehoidon avulla. Hyvän ennusteen takia HL- tutkimuksen tärkeä painopiste on säde- ja solunsalpaajahoidon pitkän ajan haittavaikutukset. Huomattava määrä potilaista kärsii tai jopa kuolee hoitoon liittyvistä pitkäaikaishaitoista johtuen. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli löytää uusia mahdollisia biologisia tekijöitä, jotka ennakoisivat taudin huonoa ennustetta ja samalla antaa uusia näkökulmia HL potilaiden hoidon yksilöllistämiseen. Tämä retrospektiivinen tutkimus käsitti vuosina 1997-2015 samanlaisesti hoidettuja Hodgkinin lymfooma -potilaita. Immunohistokemiallisilla värjäyksillä määritettiin biologisten merkkiaineiden, mukaan lukien oksidatiivisen stressin markkereiden 8- hydroksideoksiguanosiinin (8-OHdG) ja nitrotyrosiinin, sekä antioksidanttientsyymien mangaanisuperoksidi-dismutaasin (MnSOD) sekä peroksiredoksiinien (Prx II, Prx III, Prx V, Prx VI) ilmentymistä HL -potilasnäytteissä. Määrittelimme myös immunohistokemiallisilla värjäyksillä epigeneettisten säätelijöiden lysiinin spesifisen demetylaasientsyymin 4 (KDM4A, KDM4B, KDM4D) sekä sirtuiinien (SIRT1, SIRT4, SIRT6), hypoksiaa indusoivien tekijöiden (HIF-1α, HIF-2α), prolyylihydroksylaasientsyymien (PHD1, PHD2, PHD3) ja DNA:ta korjaavien proteiinien Rap1 vaikuttuvan tekijä 1 (Rif1) ja O6-metyyliguaniini-DNA metyylitransferaasin (MGMT) ilmentymistä edustavissa klassista Hodgkinin lymfoomaa sairastavien potilaiden (engl. cHL) näytteissä. Heikko 8-OHdG värjäytyminen ennusti ennenaikaista taudin uusiutumaa levinneessä HL:ssa ja korkea MnSOD ilmaantuvuus ennusti ennenaikaista taudin uusiutumaa koko HL -ryhmässä. Sädehoidetuilla cHL potilailla voimakas PHD1, KDM4B ja KDM4D värjäytyminen ennusti ennenaikaista taudin uusiutumaa. Tulokset osoittivat myös, että erityisesti sädehoidetuilla levinneen taudin cHL potilailla voimakas HIF-1α, SIRT6, Rif1 ja SIRT6 yhdessä Rif1:n kanssa oli yhteydessä pidentyneeseen uusiutumavapaaseen aikaan. Monimuuttuja-analyysissä PHD1, MnSOD, 8-OHdG ja Rif1 itsenäisenä ja yhdessä SIRT6 kanssa ennustivat tilastollisesti merkitsevästi taudin ennenaikaista uusiutumaa. Tulokset osoittavat näiden eri biomarkkereiden merkittävyyden HL:ssä, erityisesti sädehoitoa saaneilla potilailla. Tuloksista voi olla hyötyä, kun hoitokäytäntöjä yksilöidään, mikä voisi helpottaa välttämään liiallista hoitoa ja hallitsemaan pitkäaikaisiin hoitoihin liittyviä haittoja. Näiden alustavien havaintojen vahvistamiseksi tarvitaan kuitenkin lisätutkimuksia.

Abstract In pathologies of the ascending aorta or in congenital heart defects, circulation may be temporarily halted during surgical intervention. This is achieved by operating under deep hypothermic circulatory arrest or under hypothermia combined with isolated perfusion techniques. For deep hypothermic circulatory arrest (DHCA), the patient is cooled below 18°C using an extracorporeal heart-lung machine, and circulation and breathing are stopped. The advantage of hypothermia is that it decreases oxygen and glucose consumption and provides the surgeons the time required to repair complex heart defects. However, there is still a relatively high risk of neurological complications that can affect the quality of life of patients and their families. One of the methods to mitigate ischaemia-reperfusion injury is remote ischaemic preconditioning. In this work, the neuroprotective mechanisms of remote ischaemic preconditioning (RIPC) were studied in acute and surviving chronic animal models. In study I, we used an acute model, and studied the effects of RIPC in cerebral microcirculation using an intravital microscope and samples analysed by transmission electron microscope. In study II, a chronic model was used to evaluate whether the effects of remote ischaemic preconditioning can be seen in the markers of oxidative stress or in redox-regulating enzymes. Study III was conducted to supplement the findings of study II, considering the markers of oxidative stress. Findings in all studies were consistent with one another. Study I showed the effect of remote ischaemic preconditioning on leukocyte activation and adhesion to cerebrocortical vessels in piglets after prolonged DHCA. Additionally, cellular preservation of endoplasmic reticulum was present in transmission electron microscope analysis of the central nervous system. In studies II and III, the remote ischaemic preconditioning lowered markers of ischaemia-reperfusion-related oxidative stress. In study III the remote ischemic preconditioning lowered oxidative stress already during cardiopulmonary bypass. / Tiivistelmä Hoidettaessa nousevan aortan sairauksia ja synnynnäisiä sydänvikoja verenkierto voidaan tilapäisesti pysäyttää kirurgisten toimenpiteiden ajaksi. Tämä saavutetaan jäähdyttämällä elimistö verenkierron pysäytyksen ajaksi tai jäähdytettynä isoloitujen perfuusiotekniikoiden avulla. Potilas jäähdytetään alle 18 °C lämpötilaan käyttäen kehonulkoista sydän-keuhkokonetta, minkä jälkeen verenkierto ja hengitys voidaan väliaikaisesti pysäyttää. Elimistön viilentäminen vähentää hapen ja glukoosin kulutusta ja antaa kirurgeille aikaa korjata monimutkaisia sydänsairauksia. Verenkierron pysäytyksestä ja palauttamisesta voi ilmaantua keskushermostoon iskemia-reperfuusiovaurioita, mitkä vaikuttavat potilaiden ja heidän läheistensä elämänlaatuun. Esialtistava raajaiskemia on yksi tutkituista menetelmistä lieventää iskemia-reperfuusiovauriota. Tässä työssä esialtistavan raajaiskemian hermostoa suojaavia mekanismeja tutkittiin akuutilla ja kroonisilla koe-eläinmalleilla. Tutkimuksessa I tutkimme esialtistavan raajaiskemian vaikutuksia aivojen mikroverenkiertoon kuvaamalla aivojen pintaverisuonia mikroskoopilla, ja hermosoluihin käyttäen läpäisyelektronimikroskooppia. Tutkimuksessa II kroonisella mallilla tutkittiin voiko esialtistavan raajaiskemian vaikutuksia nähdä oksidatiivisen stressin määrässä tai hapetus-pelkistys reaktioita säätelevissä entsyymeissä. Kolmas tutkimus tehtiin toisen tutkimuksen päätelmien täydentämiseksi mitaten oksidatiivista stressiä. Kaikkien osatöiden löydökset olivat keskenään johdonmukaisia. Ensimmäisessä osatyössä esialtistava raajaiskemia vaikutti leukosyyttiaktivaatioon ja leukosyyttien tarttumiseen aivojen pintaverisuoniin pidennetyn hypotermisen verenkierron seisautuksen jälkeen. Myös hermosolujen sisäisten soluelinten säilyminen näkyi läpäisyelektronimikroskoopilla raajaiskemiaryhmällä. Tutkimuksissa II ja III esialtistava raajaiskemian todettiin alentavan iskemia-reperfuusion aiheuttamaa oksidatiivista stressiä, jonka todettiin tapahtuvan/alkavan jo sydän-keuhkokoneen käytön aikana tutkimuksen III perusteella.

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 To date, plant endophytic bacteria have mainly been studied in roots of crop plants. However, shoot-associated endophytes are less diverse than root-associated ones. Hence, endophytic bacteria of plant shoots evolved different traits, than root colonizers, especially with types of host tissues infected and patterns of growth and development. This study found Methylobacterium extorquens colonized pine seedlings similarly to stem-colonizing rhizobia of other plants. M. extorquens DSM13060 was isolated from meristematic cells in shoot tip cultures of Scots pine (Pinus sylvestris L.). M. extorquens infected the plant stem through epidermis or stomatal apertures, forming infection pockets in the root and stem epidermis, or cortex. Post-infection, thread-like infection structures passed through the endoderm, invading vascular tissues. This led to systemic colonization of above and below ground-parts, observed in in vitro grown Scots pine. A novel mechanism enabling development of endophyte-host symbiosis is discovered within the M. extorquens – Scots pine model. This mechanism involves ability of M. extorquens to produce polyhydroxybutyrates (PHB) to protect itself from host-induced oxidative stress during infection. Upon initial colonization on the host surface, M. extorquens DSM13060 consumes methanol as a carbon source, using it to biosynthesize PHB. PHB are then degraded, upon host infection, by PHB depolymerases (PhaZ) to yield methyl-esterified 3-hydroxybutyrate oligomers. These oligomers have substantial antioxidant activity towards host-induced oxidative stress, enabling the bacterium to bypass host defenses and colonize further tissues. The bacteria can also store PHBs for future protection. The capacity for PHB production and, thus, protection from oxidative stress, is discovered in a wide taxonomic range of bacteria. This study also shows meristematic endophytes are important in growth and development of their hosts. Unlike many bacterial root endophytes, M. extorquens DSM13060 does not induce plant growth through hormones. However, this bacterium can colonize the interior of living host cells, where it aggregates around the nucleus of the host plant. M. extorquens DSM13060 genome encodes nucleomodulins, eukaryotic-like transcription factors, which may intervene in host transcription and metabolism. / Tiivistelmä Kasvin sisällä elävien endofyyttisten bakteerien tutkimus on perinteisesti keskittynyt viljelykasveihin ja niiden juuristoon. Kasvien maanpäällisissä versoissa elävät endofyytit eroavat merkittävästi juuriston bakteereista lajirikkauden suhteen. Versoissa eläville bakteereille on todennäköisesti kehittynyt erilaisia sopeumia kuin juuriston endofyyttilajeille. Endofyyttinen Methylobacterium extorquens DSM13060 elää männyn silmujen kasvusolukossa lisäten isäntäkasvin kasvua. Tässä tutkimuksessa M. extorquens –bakteerin todettiin siirtyvän männyn taimiin samoja mekanismeja käyttäen kuin Rhizobium –suvun typensitojabakteerit. Metylobakteeri tunkeutui isäntäkasviin aktiivisesti soluseinien läpi tai varren ilmarakojen kautta muodostaen mikropesäkkeitä juuren ja varren pinnoille, sekä infektiotaskuja kuorisolukkoon. Bakteeri eteni infektiolankojen avulla endodermin ohi johtosolukoihin, mikä mahdollisti bakteerin siirtymisen muualle taimeen. M. extorquens käytti kasvin pinnalla runsaana olevaa metanolia hiilenlähteenään, varastoiden sen solujen sisäiseksi polyhydroksibutyraatti (PHB) polymeeriksi. Infektion myöhemmissä vaiheissa bakteeri hajotti varastoidun polymeerin PHB-depolymeraasientsyymien (PhaZ) avulla lyhyiksi rasvahappoketjuiksi. Nämä metyloidut 3-hydroksibutyraatin oligomeerit suojasivat bakteeria isäntäkasvin puolustuksen tuottamilta happiradikaaleilta mahdollistaen infektion etenemisen. Tutkimuksessa saatujen tulosten perusteella endofyytin solunsisäinen energiavarasto, PHB, toimii pelkistävänä varastona ympäristön hapettavaa stressiä vastaan. Löytö osoitti uudenlaisen antioksidatiivisen puolustumekanismin, joka on levinnyt laajalle bakteerikunnassa ja liittyy yleisesti bakteerien kykyyn sietää vaikeita olosuhteita. Toisin kuin useat juurissa elävät bakteeriendofyytit, M. extorquens ei lisää isäntäkasvin kasvua tuottamalla kasvihormoneja. Bakteeri kykenee elämään männyn elävien solujen sisällä tumien läheisyydessä. M. extorquens DSM13060 genomi sisältääkin useita geenejä, jotka koodaavat nukleomoduliineja, eukaryoottisolujen säätylytekijöiden kaltaisia entsyymejä, joiden avulla bakteeri todennäköisesti vaikuttaa isäntäkasvin aineenvaihduntaan. Vastaavaa vaikutusmekanismia ei ole aikaisemmin kuvattu endofyyteillä. Tutkimus korostaa aiemmin tuntemattomien meristemaattisten bakteeriendofyyttien merkitystä isäntäkasvin kasvussa ja erilaistumisessa.

Abstract Ovarian cancer is the fifth leading cause of cancer-associated death in women in Finland. Although ovarian cancer is relatively common, the precise mechanism of its development is still unknown. Additionally, it appears that the modes of pathogenesis differ depending on histotype. Although the initial response to platinum-based chemotherapy is usually good, the majority of ovarian cancer patients relapse and develop platinum resistance. This is a major problem in the treatment of ovarian cancer. Reactive oxygen species (ROS) are metabolites of oxygen. They are continuously formed in normal cells as a by-product of aerobic respiration and they play an important role in normal cell functions. Oxidative stress occurs when ROS formation overrides the antioxidative defence system. Oxidative stress is associated with carcinogenesis. A small proportion of cancer cells are stem cells that survive initial chemotherapy. These cells are suspected of being associated with the development of platinum resistance. To evaluate the significance of oxidative stress in ovarian cancer we examined ROS-derived damage and antioxidant regulators in benign and borderline ovarian tumours and ovarian cancer samples by immunohistochemistry and analysis of serum samples. The existence of cancer stem cell markers was also assessed in ovarian cancer samples. The expression levels of various markers were compared with clinicopathological parameters. Our results confirm that oxidative stress (8-hydroxydeoxyguanosine) exists in benign tumours and antioxidant enzymes, such as peroxiredoxins and thioredoxin are widely expressed in benign and borderline tumours. Oxidative stress was associated with poor survival, higher stage and platinum resistance in ovarian cancer. Oxidative stress markers were more strongly expressed in certain histotypes of ovarian cancer, such as serous and endometrioid type. Cancer stem cell markers were found in ovarian cancer and they were associated with the development of platinum resistance. These observations are beneficial in understanding the pathobiology of ovarian cancer and help in the design of new treatment options. / Tiivistelmä Munasarjasyöpä on yksi merkittävistä syöpäkuolleisuuden aiheuttajista naisilla Suomessa. Se on kohtalaisen yleinen, mutta sen perimmäinen syntymismekanismi on vielä epäselvä. Lisäksi näyttää siltä, että eri histologioilla syntymekanismit poikkeavat toisistaan. Vaikka yleensä platinapohjaisella solunsalpaajahoidolla saadaan hyvä vaste, suurimmalla osalla hoidetuista potilaista tauti uusii ja kehittyy vastustuskyky platinapohjaisille solunsalpaajille. Tämä on suuri ongelma munasarjasyövän hoidossa. Vapaat radikaalit ovat hapen johdannaisia. Niitä muodostuu jatkuvasti soluissa soluhengityksen sivutuotteena, ja niillä on tärkeä merkitys normaaleissa solun toiminnoissa. Jos vapaiden radikaalien tuotanto ylittää antioksidatiivisen puolustusjärjestelmän, syntyy oksidatiivinen stressitilanne. Oksidatiivisen stressin on todettu olevan yhteydessä useiden syöpien syntymiseen. Osaa syövän soluista kutsutaan kantasoluiksi. Nämä solut voivat selvitä solunsalpaajahoidoista ja niiden epäillään olevan yhteydessä vastustuskyvyn kehittymisessä platinapohjaisia sytostaatteja kohtaan. Tutkimuksessamme arvioimme oksidatiivisen stressin merkitystä munasarjakasvaimissa. Tutkimme vapaiden radikaalien aiheuttamia vaurioita ja antioksidatiivisia säätelijöitä hyvänlaatuisissa, rajalaatuisissa sekä munasarjasyöpä kasvaimissa immunohistokemiallisesti ja seeruminäytteistä. Lisäksi selvitimme syövän kantasolumerkkiaineiden esiintymistä munasarjasyövässä. Tutkittujen merkkiaineiden pitoisuuksia verrattiin kliinisiin potilastietoihin. Tutkimustuloksemme mukaan oksidatiivista stressiä (8-hydroxydeoxyguanosine) esiintyi jo hyvänlaatuisissa kasvaimissa. Myös antioksidatiiviset entsyymit, kuten peroksiredoksiinit ja tioredoksiini, esiintyivät jo hyvänlaatuisissa ja rajalaatuisissa kasvaimissa. Oksidatiivinen stressi oli yhteydessä huonompaan tautiennusteeseen ja platinakohtaisen vastustuskyvyn kehittymiseen. Oksidatiivista stressiä oli enemmän seroosissa ja endometrioidissa munasarjasyöpätyypissä. Syövän kantasolumerkkiaineita esiintyi munasarjasyövässä, ja ne olivat yhteydessä huonontuneeseen hoitovasteeseen platinapohjaisille solunsalpaajille. Tulokset auttavat ymmärtämään munasarjasyövän syntymekanismeja ja suunnittelemaan uusia hoitovaihtoehtoja erityyppisissä munasarjasyövissä.

Abstract Ovarian cancer is the leading cause of death from gynaecological cancers in the Western world. Ovarian cancer comprises of tumours with distinct behaviour and individually different responses to chemotherapy, even within the same histology. Unfortunately, there are no molecular markers in clinical use to either distinguish between patients with better and worse prognosis or to predict individual chemosensitivity. The comprehension of the molecular effects of chemotherapeutic drugs is a prerequisite for finding predictive molecular factors for chemoresponse and prognosis. Some proteins in molecular pathways contributing to DNA damage response, angiogenesis and oxidative stress have been implicated in ovarian cancer prognosis. In this study, the responses in p53 pathway and among angiogenesis-related factors to chemotherapeutic drugs were analysed in ovarian cancer cell lines. In OVCAR-3 cells with mutated p53, cisplatin but not docetaxel induced p14ARF, an important regulator of p53, at mRNA and protein level. Cisplatin also significantly increased the mRNA expression of angiogenesis-related factors TSP-1, BMP-4, ET-1 and PlGF-2 while an equivalent dose of docetaxel had only minor effects. In clinical ovarian carcinomas, the expression of BMP-4, TSP-1 and CD105 as well as the marker of oxidative stress derived DNA damage, 8-OHdG, and peroxiredoxin antioxidants were analysed by immunohistochemistry. High expression of BMP-4 and cytoplasmic peroxiredoxin IV were associated with better prognosis, while high 8-OHdG expression associated with shorter survival. Explant cultures of fresh ovarian tumour tissue were used for the evaluation of individual responses of p53 and Hdm2 after in vitro treatments of the explant cultures by carboplatin or docetaxel. Major differences between the individual tumours were found, especially in the responses of p53 to carboplatin. The results of this study suggest, that BMP-4, 8-OHdG and peroxiredoxin IV may serve as prognostic markers in ovarian cancer. The differences shown in the molecular responses to platinum and taxane drugs may have value in tailoring individual chemotherapy. Also, fresh ovarian cancer tissue explant culture is worth further studies as a predictive method for analysing individual tumour responses for chemotherapeutic agents. / Tiivistelmä Munasarjasyöpä on suurinta kuolleisuutta aiheuttava gynekologinen syöpä läntisessä maailmassa. Munasarjakasvaimet eroavat toisistaan niin käyttäytymiseltään kuin yksilölliseltä sytostaattihoitovasteeltaan, jopa sama histologisen tyypin sisällä. Kliinisessä käytössä ei valitettavasti ole sellaisia molekulaarisia merkkiaineita, jotka erottaisivat toisistaan paremman ja huonomman ennusteen kasvaimet tai ennustaisivat yksilöllistä solunsalpaajaherkkyyttä. Hoitovastetta ja potilaan prognoosia ennustavien merkkiaineiden löytämisen edellytys on kemoterapian molekyylitason vaikutusten ymmärtäminen. DNA vaurion tunnistamiseen, angiogeneesiin ja oksidatiiviseen stressiin liittyvien vaikutusreittien joillakin proteiineilla on ehdotettu olevan ennusteellista merkitystä munasarjasyövässä. Tässä väitöskirjatyössä analysoitiin munasarjasyöpäsoluja käyttäen p53 vaikutusreitin ja eräiden angiogeneesiin liittyvien tekijöiden vasteita sytostaateille. Mutatoitunutta p53 proteiinia kantavissa OVCAR-3 soluissa sisplatiini, toisin kuin dosetakseli, indusoi p53 proteiinin tärkeää säätelijää, p14ARF:a sekä mRNA- että proteiinitasolla. Sisplatiini lisäsi merkittävästi myös usean angiogeneesiin liittyvän tekijän (TSP-1, BMP-4, ET-1 ja PlGF-2) mRNA:ta. Dosetakselin vaikutukset vastaavalla annoksella olivat vähäiset. Kliinisissä munasarjasyövissä BMP-4, TSP-1 ja CD105 sekä oksidatiivisen stressin aiheuttaman DNA-vaurion merkkiaineen, 8-OHdG:n sekä peroksiredoksiiniantioksidanttien ilmeneminen analysoitiin immunohistokemiallisesti. BMP-4:n ja sytoplasmisen peroksiredoksiini IV:n vahva ilmentyminen liittyivät parempaan ennusteeseen, kun taas 8-OHdG:n vahva ilmentyminen liittyi huonompaan elinajan ennusteeseen. Tuoreen munasarjasyöpäkudoksen eksplanttiviljelyn avulla selvitettiin p53 ja Hdm2 proteiinien vasteita syöpäkudoksen karboplatiini- tai dosetakseli-käsittelyille. Selkeitä yksilökohtaisia eroja havaittiin erityisesti karboplatiinin aiheuttamissa p53 vasteissa niin eri potilaiden kuin eri histologisten kasvaintyyppien välillä. Tämän väitöskirjatutkimuksen tulokset antavat viitteitä BMP-4:n, 8-OHdG:n ja peroksiredoksiinin mahdollisesta ennusteellisesta merkityksestä munasarjasyövässä. Erot platinayhdisteiden ja taksaanien välillä saattavat osoittautua merkittäviksi yksilöllisiä syövän hoitoja räätälöitäessä. Tuoreen munasarjasyöpäkudoksen eksplanttiviljelyn mahdollisuuksia yksilöllisten kasvainten hoitovasteiden ennustamisessa kannattaa selvittää jatkotutkimuksin.

Abstract Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is one of the most aggressive cancers, the 5-year survival rate being less than 5%. At the time of diagnosis, 90% of PDACs extend beyond the pancreas and distant metastases are often present. Due to aggressive growth, local expansion and early appearance of metastasis, primary PDAC tumours are local enough for curative surgical resection in only 10–20% of the cases. Adjuvant chemotherapy is indicated in these curative-treated cases, with slight improvement in survival. PDAC is considered to represent a heterogeneous group of biologically and prognostically different malignancies. Characterization of these subgroups is essential and there is an urgent need for more accurate biomarkers and targeted treatments in PDAC. In the current work, we immunohistochemically investigated the expression levels and prognostic values of oxidative stress markers (8-OHdG, Keap1, Prx I, II, III, V and VI), epigenetic histone modifiers (KDM4A, KDM4B, KDM4D and SIRT1–4), and cell-cycle regulators (p16, Rb, CDK4) and DNA-repair enzymes (FEN1 and MGMT) in the cohort of surgically treated PDAC patients. We found that Keap1 expression was associated with better pancreatic cancer-specific survival. Expression of antioxidative peroxiredoxins I, III, V and VI was also connected with a more favourable tumour characteristics and Prx I and VI showed prognostic value. When considering the biology of PDAC, we noticed that pivotal epigenetic regulation also occurred in exocrine pancreatic tissue adjacent to resection margins. Overexpression of the cell-cycle regulator CDK4 and the DNA-repair enzyme FEN1 in the whole population, and elevated expression level of MGMT in the most high-risk patients were connected with worse prognosis. The results of the study can be utilized in the future when individualized therapies are being designed for PDAC patients. Due to occurrence of the epigenetic regulation also in exocrine pancreatic tissue adjacent to resection margins, it could be evaluated in future for routine diagnostics and treatment optimization. The potential role of MGMT in the development of PDAC chemoresistance should be studied in the future. / Tiivistelmä Haiman duktaalinen adenokarsinooma (PDAC) on yksi aggressiivisimmista syöpäsairauksista. Viiden vuoden elossaoloennuste on vain lähellä 5 prosenttia. Diagnoosihetkellä 90% haiman adenokarsinoomista yltää haiman ulkopuolelle ja usein kasvain on jo lähettänyt etäpesäkkeitä. Kasvutaipumuksen sekä metastasoinnin takia kuratiivinen kirurginen hoito on mahdollista vain 10–20% tapauksista. Liitännäissolunsalpaajahoito on aiheellista näissä kuratiivistavoitteisesti hoidetuissa tapauksissa. Kuitenkin vaikutus kokonaiselossaoloaikaan on melko vähäinen. Uusimman tutkimustiedon valossa PDAC:aa pidetäänkin heterogeenisenä ryhmänä biologisesti ja ennusteellisesti erilaisia tautiryhmiä. Näiden tautiryhmien tunteminen ja tunnistaminen riittävän tarkkojen merkkiaineiden avulla olisi ensiarvoisen tärkeää, jotta hoitoja voitaisiin kohdentaa niistä hyötyville potilaille. Väitöskirjatutkimuksessa selvitimme immunohistokemiallisin menetelmin oksidatiivisen stressin merkkiaineiden (8-OHdG, Keap1, Prx I, II, III, V ja VI), epigeneettisten histonimodifikaattorien (KDM4A, KDM4B, KDM4D ja SIRT1–4) sekä solusyklin säätelijöiden (p16, Rb, CDK4) ja DNA-korjausentsyymien (FEN1 ja MGMT) ilmentymistä ja ennusteellista arvoa kirurgisesti hoidetuilla PDAC-potilailla. Tutkimuksessamme totesimme, että kasvainkudoksen Keap1-ilmentymä yhdistyi parempiennusteiseen taudinkuvaan. Antioksidatiivisten peroksiredoksiinien I, III, V ja VI ilmentyminen yhdistyi niin ikään suotuisampaan kasvaimen fenotyyppiin ja Prx I ja VI osoittivat ennusteellista arvoa. Havaitsimme lisäksi, että PDAC:n biologiaan keskeistesti vaikuttavaa epigeneettistä säätelyä tapahtuu myös malignin haimakudoksen viereisessä eksokriinisessä haimakudoksessa. Solusyklin säätelijä CDK4:n ja DNA-korjausentsyymi FEN1:n voimakas ilmentyminen koko tutkimuspopulaatiossa sekä kohonnut MGMT:n ilmentyminen korkeimman riskin potilailla yhdistyivät huonompaan taudin ennusteeseen. Väitöskirjatyön tutkimustuloksia voidaan tulevaisuudessa hyödyntää, kun tutkitaan yksilöllisiä hoitomuotoja PDAC-potilailla. Koska epigeneettistä säätelyä tapahtuu myös syövän viereisessä eksokriinisessa haimakudoksessa, voidaan tulevaisuudessa tämän kudoksen arviointia mahdollisesti käyttää rutiinisti diagnostiikassa sekä hoidon optimoinnissa. MGMT:n mahdollinen rooli PDAC:n kemoresistenssin kehittymisessä tulisi tulevaisuudessa selvittää.

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.