Abstract Integrins are a large family of αβ-heterodimeric cell adhesion receptors of which the cell type specific expression defines the extracellular matrix (ECM) binding properties of different adherent cell types. In addition to various growth factors and their receptors, epithelial morphogenesis is also executed by dynamic changes in the chemical composition and physical properties of the ECM that controls the shape and behavior of the associated cells via integrin mediated adhesion and signalling. Epithelial cell polarity and contractility are central mechanisms of epithelial shape determination and are established upon spatially, mechanically and chemically sensitive integrin signals of the microenvironment. The functional hierarchy between different integrin heterodimers and their ECM ligands in organizing these tasks has not been systematically addressed. In order to study the relative roles of different integrins, we set up a loss-of-function screen of co-expressed integrin subunits in the Madin-Darby canine kidney (MDCK) epithelial cell line. By analyzing MDCK cystogenesis in three-dimensional (3D) ECMs, we were able to establish a model of how epithelial polarity is organized: cell adhesion either by α2β1- or α6β4-integrins defines the orientation of cell polarity and coordinated functions of α2β1- and α3β1-integrins mediate the establishment of epithelial lumens via cavitation and hollowing, respectively. By analyzing the spreading of MDCK cells, we established that epithelial cell contractility is based on synergistic functions of β1-integrins that mediate cell adhesion and αV-integrins that facilitate ECM rigidity sensing. We also discovered that the hemidesmosomal integrin α6 and integrin β4 did not require heterodimerization to be transported to the plasma membrane (PM) and that integrin β4 may support laminin assembly to the basement membrane (BM) independently of integrin α6. / Tiivistelmä Integriinit ovat suuri molekyyliperhe αβ-heterodimeerisiä adheesioreseptoreja. Integriinit ilmentyvät eri tavoin eri solutyypeissä, ja tämä säätelee sitä, miten solut tarttuvat ja reagoivat erilaisiin soluväliaineisiin. Tällä tavalla integriinit ja soluväliaine osallistuvat myös epiteelimorfogeneesiin lukuisten kasvutekijöiden ja niiden reseptoreiden lisäksi. Epiteelimorfogeneesissä etenkin solujen polarisaatio ja solujen supistuminen ovat tärkeitä tapahtumia, joiden ohjaukseen integriinit ja soluväliaine osallistuvat. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää eri integriinien ja niiden soluväliaineligandien toiminnallista hierarkiaa epiteelimorfogeneesissä, etenkin solujen polarisaatiossa ja supistumisessa. Integriinien keskinäisten roolien selvittämiseksi hiljensimme ilmentyvät integriinialayksiköt yksitellen munuaisen epiteelisolulinjasta RNA-häirinnän avulla. Mallina epiteelimorfogeneesille käytimme hyväksi munuaisepiteelisolujen kykyä muodostaa rakkularakenteita kolmiulotteisessa soluväliaineessa viljeltyinä. Näitä rakenteita analysoimalla pystyimme muodostamaan mallin siitä, miten polarisoitunut epiteelirakenne organisoituu: α2β1- tai α6β4-integriinien välittämä adheesio tarvitaan solujen polariteetin orientoimiseen ja α2β1- ja α3β1-integriinien yhteistoiminta tarvitaan epiteelisen rakkulan tyhjän sisäosan muodostumiseen, joko apoptoosin tai polarisoituneen kalvokuljetuksen kautta. Tutkimalla solujen levittäytymistä jäykälle kaksiulotteiselle alustalle pystyimme määrittämään, että epiteelisolun supistuminen pohjautuu β1-integriinien välittämän adheesion ja αV-integriinien välittämän väliaineen jäykkyyttä aistivien signaalien yhteistoimintaan. Havaitsimme myös, että hemidesmosomaalisten integriinien α6 ja β4 sekretioon ei tarvittu näiden keskinäistä heterodimerisaatiota ja integriini β4:llä saattaa olla integriini α6:sta riippumaton rooli laminiinin kokoamisessa tyvikalvoon.

Abstract In this thesis, dielectric and thermal behaviours due to the application of an electric field were studied in relaxor ferroelectric (1−x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 (PMN-PT) and (1−x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 (PZN-PT) systems of great technological importance. Special attention was given to the behaviour of the electric-field-induced phase transitions and electrocaloric effect, which are closely related to the existing and potential applications. Reactive sintering or columbite methods were used to fabricate polycrystalline PMN-PT ceramics with various compositions (x=0−0.3). In addition, commercial PMN-PT single crystals with composition close to the morphotropic phase boundary region were used. A studied PZN-PT crystal composition was grown by solution gradient cooling technique. Materials were mainly studied by means of dielectric and direct temperature measurements. The electrocaloric effect observed in a ceramic PMN-PT system was found to show distinct maximum values close to the thermal depolarization temperatures with low electric fields. The temperature range and magnitude of the electrocaloric effect was significantly expanded to high temperatures with increasing electric fields due to the contribution of polar nanoregions. The maximum electrocaloric temperature change was in the range of 0.77−1.55 °C under an electric field of 50 kV/cm. In addition, temperature change measurements on depoled PMN-0.13PT ceramics demonstrated that the electrocaloric effect is accompanied with an irreversible part below its depolarization temperature due to hysteresis loss and a possible phase transition type response related to the evolution of the macroscopic polarization. An electric field application to the <001> and <011> directions in PMN-PT crystals was found to cause distinct anomalies in the dielectric and temperature change responses. These anomalies were attributed to the complex polarization rotation routes and different phase stability regions in the electric-field-temperature phase diagrams of PMN-PT. Furthermore, measurements on PMN-PT crystals provided the first direct indications of a temporarily reversed electrocaloric effect with an increasing electric field. In addition, the measured electrocaloric trends in PZN-PT crystal were reproduced by a simple lattice model and mean-field approximation around the transition temperature. This demonstrated that the electrocaloric effect is driven mainly by the dipolar entropy lowering. / Tiivistelmä Tässä työssä tutkittiin dielektristen ominaisuuksien ja lämpötilan käyttäytymistä teknologisesti merkittävissä (1−x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 (PMN-PT) ja (1−x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 (PZN-PT) ferrosähköisissä relaksorimateriaaleissa sähkökentän vaikutuksen alaisena. Tutkimuksen erityishuomion kohteena olivat sähköisesti indusoidut faasimuutokset sekä sähkökalorinen ilmiö, jotka liittyvät läheisesti nykyisiin sekä tulevaisuuden sovellutuksiin. Monikiteisiä PMN-PT keraamikoostumuksia (x=0−0,3) valmistettiin sekä reaktiivisella sintrauksella että kolumbiittimenetelmällä. Lisäksi tutkimuksessa käytettiin kaupallisia PMN-PT erilliskiteitä, joiden koostumus on lähellä morfotrooppista faasirajaa. Työssä käytetty PZN-PT erilliskide kasvatettiin jäähdyttämällä korkean lämpötilan liuoksesta. Materiaaleja tutkittiin pääosin lämpötilan ja dielektristen ominaisuuksien mittauksilla. Kun PMN-PT keraamisysteemiin kohdistettiin alhainen sähkökenttä, sähkökalorisen ilmiön selkeä maksimiarvo havaittiin lähellä materiaalin termistä depolarisaatiolämpötilaa. Suuremmilla sähkökentän arvoilla sähkökalorinen ilmiö voimistui ja sen lämpötila-alue laajeni korkeampiin lämpötiloihin polaaristen nanoalueiden kytkeytymisen vuoksi. Sähkökalorisen lämpötilamuutoksen maksimi vaihteli välillä 0,77−1,55 °C sähkökentän arvolla 50 kV/cm. Lisäksi lämpötilamittaukset depoolatulle PMN-0,13PT koostumukselle osoittivat, että sähkökalorisen ilmiön ohella materiaalissa esiintyy makroskooppisen polarisaation muodostumiseen liittyvä palautumaton lämpöenergia depolarisaatiolämpötilaa pienemmissä lämpötiloissa hystereesihäviön ja mahdollisen faasimuutoksen vaikutuksesta. PMN-PT erilliskiteiden dielektrisyys- ja lämpötilavasteessa havaittiin selkeitä muutoksia sähkökentän vaikuttaessa <001> ja <011> kidesuuntiin. Nämä muutokset ovat selitettävissä PMN-PT:n polarisaation kompleksisten rotaatiosuuntien ja erityyppisten sähkökenttä-lämpötila -faasidiagrammien stabiilisuusalueiden avulla. PMN-PT kiteiden mittauksissa havaittiin myös ensimmäinen suora osoitus väliaikaisesti käänteisestä sähkökalorisesta ilmiöstä sähkökentän kasvaessa. Lisäksi mitatut PZN-PT erilliskiteen sähkökaloriset ominaisuudet transitiolämpötilan läheisyydessä pystyttiin pääpiirteittäin mallintamaan käyttämällä yksinkertaista hilamallia ja keskimääräisen kentän approksimaatiota. Mallinnuksen mukaan sähkökalorinen ilmiö aiheutuu pääasiassa sähköisesti indusoidusta dipolientropian alenemisesta.