Abstract Trojan is a novel leukocyte-specific protein cloned from chicken (Gallus gallus) embryonic thymocytes. The molecule is a type I transmembrane protein with an extracellular CCP domain followed by two FN3 domains. Its cytoplasmic tail is predicted to possess a MAPK docking and a PKA phosphorylation site. Trojan displays differential expression on developing thymocyte subpopulations. It is high on CD4 and CD8 double negative, and CD4 or CD8 single positive cells, but diminishes from the surface of selection-undergoing CD4 and CD8 double positive cells. This expression pattern is similar to that of anti-apoptotic molecules such as IL-7Rα and BCL-2. We hypothesised an involvement of Trojan in the regulation of apoptosis, possibly as an anti-apoptotic receptor. Our in vitro studies with a T cell line showed that upon apoptosis induction, Trojan expression rises dramatically on the surface of surviving cells and gradually decreases towards its normal levels as cells recover. When sorted based on their Trojan levels, cells with high expression appear less susceptible to apoptotic induction than those bearing no Trojan on their surface. Cells that overexpress Trojan from a cDNA plasmid show elevated steady state intracellular calcium, suggesting the molecule is able to transmit cytoplasmic signals. In addition, computational analyses pointed towards an involvement of MAPK and a possible regulatory mechanism by PKA. Trojan belongs to a novel gene family that includes two other members in the chicken. One is a receptor-type tyrosine phosphatase named Mystran, and the other – a transmembrane protein with an ITAM, named Thracian. We discovered the family in other avian species and found related genes in reptiles and coalecanth fish. We observed dynamic adaptation of their extracellular regions possibly in concert with ligand-binding, association with other surface molecules or as a response to pathogen challenges. This was coupled to largely unchanged cytoplasmic tails, suggesting a conserved signalling mechanism. The presented study shows that a novel avian leukocyte protein called Trojan possibly has an anti-apoptotic role. It belongs to a gene family that was subjected to evolutionary selection, likely linked to the molecular function of the proteins. / Tiivistelmä Trojan on uusi kanan (Gallus gallus) alkioiden kateenkorvan kypsyvistä T soluista tunnistettu molekyyli. Se on tyypin I solukalvoproteiini, jolla on solun ulkopuolinen CCP-domeeni ja kaksi FN3-domeenia. Trojanin solun sisäisessä osassa on rakenteen perusteella MAPK:n sitoutumisalue sekä PKA-fosforylaatiopaikka. Trojania ilmennetään T-solujen kehityksen aikana runsaasti CD4 ja CD8 kaksoisnegatiivisissa ja CD4 tai CD8 yksöispositiivisissa soluissa, mutta ilmentyminen on vähäinen valintaa läpikäyvissä CD4 ja CD8 kaksoispositiivisissa soluissa. Tunnetut apoptoosia eli ohjelmoitua solukuolemaa estävät molekyylit, kuten IL-7Rα ja BCL-2, noudattavat samankaltaista ilmentymistä kypsyvien T solujen pinnalla. Hypoteesimme on, että Trojanilla on rooli apoptoosin säätelyssä, mahdollisesti solukuolemaa estävänä reseptorina. In vitro apoptoosikokeet osoittivat, että aluksi Trojanin ilmentyminen lisääntyy huomattavasti soluissa, jotka välttävät apoptoottisen kuoleman, ja normalisoituu sitten muutaman solujakautumisen jälkeen. Trojania vähän ilmentävät solut ovat alttiimpia ohjelmoidulle solukuolemalle, kuin sitä paljon ilmentävät solut. Solujen sisäinen kalsiumtaso on kohonnut soluilla, jotka yliekspressoivat Trojania cDNA plasmidista. Tämä viittaa siihen, että Trojan voi toimia sytoplasman signaalinvälityksessä. Lisäksi tietokoneperusteiset ennusteet viittaavat siihen, että MAPK ja PKA voivat liittyä Trojan-signalointiin. Tutkimuksessa tunnistettiin Trojan-geeniperhe. Perheeseen kuuluu Trojanin lisäksi kaksi muuta geeniä: reseptorityyppinen tyrosiinifosfataasi Mystran ja ITAM-domeenin sisältävä solukalvon proteiini Trachian. Geeniperhe löydettiin muistakin lintulajeista, sekä niitä läheisesti muistuttavat geenit matelijoilta ja varsieväkalalta. Havaitsimme Trojan-perheen proteiineissa dynaamista sopeutumista, joka voi olla seurausta ligandien sitoutumisesta, vuorovaikutuksesta muiden pintaproteiinien kanssa tai vasteesta patogeenihaasteeseen. Proteiinien solunsisäiset alueet olivat sen sijaan suurilta osin muuttumattomia, joten ne voivat toimia solusignaloinnissa. Väitöstutkimuksessa kuvataan uusi valkosolujen proteiini Trojan, joka toiminnallisesti saattaa estää ohjelmoitua solukuolemaa. Trojan kuuluu geeniperheeseen, johon on kohdistunut sen toimintaan liittyvää valintaa.

Abstract Most proteins carry out their functions through interactions with other molecules. Thus, proteins taking part in similar interactions are likely to carry out related functions. One way to determine whether two proteins do take part in similar interactions is by quantifying the likeness of their structures. This work focuses on the development of methods for the comparison of protein-protein and protein-ligand interactions, as well as their application to structure-based classification schemes. A method based on the MultiMer-align (or MM-align) program was developed and used to compare all known dimeric protein complexes. The results of the comparison demonstrates that the method improves over MM-align in a significant number of cases. The data was employed to classify the complexes, resulting in 1,761 different protein-protein interaction types. Through a statistical model, the number of existing protein-protein interaction types in nature was estimated at around 4,000. The model allowed the establishment of a relationship between the number of quaternary families (sequence-based groups of protein-protein complexes) and quaternary folds (structure-based groups). The interactions between proteins and small organic ligands were studied using sequence-independent methodologies. A new method was introduced to test three similarity metrics. The best of these metrics was subsequently employed, together with five other existing methodologies, to conduct an all-to-all comparison of all the known protein-FAD (Flavin-Adenine Dinucleotide) complexes. The results demonstrates that the new methodology captures the best the similarities between complexes in terms of protein-ligand contacts. Based on the all-to-all comparison, the protein-FAD complexes were subsequently separated into 237 groups. In the majority of cases, the classification divided the complexes according to their annotated function. Using a graph-based description of the FAD-binding sites, each group could be further characterized and uniquely described. The study demonstrates that the newly developed methods are superior to the existing ones. The results indicate that both the known protein-protein and the protein-FAD interactions can be classified into a reduced number of types and that in general terms these classifications are consistent with the proteins' functions. / Tiivistelmä Suurin osa proteiinien toiminnasta tapahtuu vuorovaikutuksessa muiden molekyylien kanssa. Proteiinit, jotka osallistuvat samanlaisiin vuorovaikutuksiin todennäköisesti toimivat samalla tavalla. Kahden proteiinin todennäköisyys esiintyä samanlaisissa vuorovaikutustilanteissa voidaan määrittää tutkimalla niiden rakenteellista samankaltaisuutta. Tämä väitöskirjatyö käsittelee proteiini-proteiini- ja proteiini-ligandi -vuorovaikutusten vertailuun käytettyjen menetelmien kehitystä, ja niiden soveltamista rakenteeseen perustuvissa luokittelujärjestelmissä. Tunnettuja dimeerisiä proteiinikomplekseja tutkittiin uudella MultiMer-align-ohjelmaan (MM-align) perustuvalla menetelmällä. Vertailun tulokset osoittavat, että uusi menetelmä suoriutui MM-alignia paremmin merkittävässä osassa tapauksista. Tuloksia käytettiin myös kompleksien luokitteluun, jonka tuloksena oli 1761 erilaista proteiinien välistä vuorovaikutustyyppiä. Luonnossa esiintyvien proteiinien välisten vuorovaikutusten määrän arvioitiin tilastollisen mallin avulla olevan noin 4000. Tilastollisen mallin avulla saatiin vertailtua sekä sekvenssin (”quaternary families”) sekä rakenteen (”quaternary folds”) mukaan ryhmiteltyjen proteiinikompleksien määriä. Proteiinien ja pienien orgaanisten ligandien välisiä vuorovaikutuksia tutkittiin sekvenssistä riippumattomilla menetelmillä. Uudella menetelmällä testattiin kolmea eri samankaltaisuutta mittaavaa metriikkaa. Näistä parasta käytettiin viiden muun tunnetun menetelmän kanssa vertailemaan kaikkia tunnettuja proteiini-FAD (Flavin-Adenine-Dinucleotide, flaviiniadeniinidinukleotidi) -komplekseja. Proteiini-ligandikontaktien osalta uusi menetelmä kuvasi kompleksien samankaltaisuutta muita menetelmiä paremmin. Vertailun tuloksia hyödyntäen proteiini-FAD-kompleksit luokiteltiin edelleen 237 ryhmään. Suurimmassa osassa tapauksista luokittelujärjestelmä oli onnistunut jakamaan kompleksit ryhmiin niiden toiminnallisuuden mukaisesti. Ryhmät voitiin määritellä yksikäsitteisesti kuvaamalla FAD:n sitoutumispaikka graafisesti. Väitöskirjatyö osoittaa, että siinä kehitetyt menetelmät ovat parempia kuin aikaisemmin käytetyt menetelmät. Tulokset osoittavat, että sekä proteiinien väliset että proteiini-FAD -vuorovaikutukset voidaan luokitella rajattuun määrään vuorovaikutustyyppejä ja yleisesti luokittelu on yhtenevä proteiinien toiminnan suhteen.

Abstract Primary intracerebral hemorrhage (pICH) is a severe, suddenly occurring disease involving high mortality and poor functional outcome. In the absence of curative treatment patient management is mainly supportive with the emphasis on preventing hematoma enlargement and complications. Better understanding of the factors predicting outcome are needed to define effective treatments. An unselected population-based registry study of 982 pICH patients admitted to Oulu University Hospital during the years 1993 to 2008 was conducted The study revealed that concomitant use of warfarin and serotonin-modulating antidepressants at the time of pICH increases the case fatality rate compared to patients with warfarin alone. An elevated C-reactive protein value on admission was an independent predictor of unfavorable outcome after pICH. This association was not explained by pre-existing heart disease, diabetes, severity of the bleeding, or infections. Patients undergoing surgical hematoma evacuation were observed to have improved 3-month survival compared to conservatively treated patients. Improved survival was noticed especially in patients with ≤70 years of age with ≥30ml supratentorial ICHs. Hematoma evacuation did not improve functional outcome. Earlier ischemic stroke was found to be an independent predictor of recurrent pICH. Diabetes seemed to increase and treated hypertension decrease the risk for fatal recurrence. Aspirin or serotonin-modulating antidepressants did not seem to increase the risk of recurrence. / Tiivistelmä Primääri aivoverenvuoto (pICH) on vakava, yhtäkkisesti alkava sairaus, johon liittyy korkea kuolleisuus ja vaikea vammautuminen. Parantavan hoidon puuttuessa on hoito lähinnä elintoimintoja tukevaa vuodon laajenemisen ja komplikaatioiden estämistä. Ennusteeseen vaikuttavien tekijöiden parempi tunteminen on ehto tehokkaiden hoitojen löytämiseksi. Väitöskirjatutkimustani varten kerättiin Oulun yliopistollisen sairaalan alueelta vuosien 1993-2008 aikana 982 aivoverenvuotoon sairastuneen potilaan väestöpohjainen aineisto. Tutkimus osoitti, että varfariinin ja selektiivisen serotoniinin takaisinoton estäjän (SSRI) yhteiskäyttö aivoverenvuodon aikana lisäsi kuolevuutta pelkkään varfariiniin nähden. Alkuvaiheen koholla oleva C-reaktiivinen proteiini oli itsenäinen aivoverenvuodon jälkeistä vammautuneisuutta ennustava tekijä. Yhteys ei selittynyt olemassa olevalla sydänsairaudella, diabeteksella, aivoverenvuodon vaikeudella tai infektioilla. Kirurginen aivoverenvuodon poistoleikkaus paransi kolmen kuukauden ennustetta verrattuna potilaisiin ilman leikkausta. Erityisesti leikkaus auttoi alle 70-vuotiaita potilaita, joilla oli yli 30 millilitran kokoinen pinnallisempi vuoto. Leikkaus ei parantanut fyysistä kuntoutumista. Aiempi sairastettu aivoinfarkti oli itsenäinen aivoverenvuodon uusiutumista ennustava tekijä. Diabetes saattaa lisätä ja hoidossa oleva verenpainetauti laskea riskiä tappavaan uusintavuotoon. Aspiriinin tai SSRI:n käyttö eivät lisänneet uusintavuodon riskiä.

Abstract The metabolic syndrome is a cluster of components predisposing to type 2 diabetes and cardiovascular disease. Abdominal obesity and insulin resistance seem to be central in the metabolic syndrome, although no unifying pathophysiological mechanism is available. The aim of this thesis was to determine out how the variation in PTP1B and adiponectin gene as well as variations in the plasma adiponectin concentration contribute to the risk of obesity related diseases. PTP1B is a negative regulator of insulin signalling and therefore considered a candidate gene for type 2 diabetes. In the first study, it was found that three PTP1B polymorphisms studied have not strong impact on type 2 diabetes. However, one SNP may be slightly protective against type 2 diabetes, since it was more frequent in the healthy group compared to group of patients with type 2 diabetes. Another SNP was associated with body mass index (BMI). The combination of certain alleles of PTP1B and LEPR (leptin receptor) genes was also associated to BMI. Adiponectin is an adipocytokine expressed in adipose tissue. It has insulin sensitizing effects in liver and muscle and it has also beneficial effects on cardiovascular health. In the second study, the contribution of adiponectin genotypes with obesity-related phenotypes was studied. In Caucasians, the carriers of rare allele of Tyr111His polymorphism were more insulin resistant and at a higher risk of developing type 2 diabetes. In African-Americans, other polymorphisms were associated with BMI and lipids. Thus, the effects of polymorphisms on obesity related phenotypes seemed to be different between ethnic groups. Plasma adiponectin levels were measured from different study groups. In the third study, it was found out that low plasma adiponectin levels associated with different components of the metabolic syndrome and there was a trend towards reductions in adiponectin with an increasing number of components. Fourth study indicated that baseline low adiponectin level associated with a more than 2-fold risk for developing impaired glucose tolerance or type 2 diabetes in the follow-up study of normoglycemic middle-aged Finnish subjects. In the fifth study, plasma adiponectin levels were measured from postmenopausal women receiving estrogen replacement therapy. We observed a reduction in adiponectin levels in women having peroral estradiol which could be part of the "early harm" profile on cardiovascular risk factors of the peroral estrogen replacement therapy detected in clinical trials. These studies further strengthen the role of plasma adiponectin in the obesity related diseases and bring new information of polymorphisms in the adiponectin and PTP1B genes in different populations. / Tiivistelmä Metabolinen oireyhtymä on kertymä tekijöitä, jotka altistavat tyypin 2 diabetekselle ja sydän- ja verisuonitaudeille. Keskivartalolihavuus ja insuliiniresistenssi, eli insuliinin heikentynyt teho, vaikuttavat olevan keskeisiä metabolisessa oireyhtymässä. Kuitenkaan taustalla olevaa syntymekanismia ei täysin tunneta. Väitöskirjatyön tavoitteena oli tutkia PTP1B- ja adiponektiinigeenin muuntelun sekä plasman adiponektiinitason yhteyttä metaboliseen oireyhtymään, sen osatekijöihin ja seurauksiin. PTP1B on insuliinin toimintaa soluissa estävä molekyyli. Ensimmäisessä tutkimuksessa havaittiin että kolme tutkittua PTP1B-geenin nukleotidimuutosta eivät ole vahvasti yhteydessä tyypin 2 diabetekseen. Eräs nukleotidimuutos saattaisi olla lievästi suojaava tyypin 2 diabetesta vastaan, sillä se oli yleisempi terveillä kuin tyypin 2 diabetesta sairastavilla. PTP1B:n ja leptiinireseptorigeenin eräiden alleelien yhdistelmä oli yhteydessä painoindeksiin. Adiponektiini on rasvakudoksen erittämä hormoni, jolla on suotuisia, insuliinin vaikutusta edesauttavia vaikutuksia elimistössä sekä edullisia vaikutuksia verenkiertoelimistössä. Toisessa työssä havaittiin että Amerikan valkoihoisilla, joilla oli eräs harvinainen adiponektiinigeenin alleeli (Tyr111His), oli heikompi insuliinin teho kuin henkilöillä joilla ei ollut kyseistä muutosta. Tämä alleeli oli yleisempi suomalaisilla tyypin 2 diabetesta sairastavilla kuin terveillä, mikä saattaa tarkoittaa että se liittyy suurentuneeseen riskiin tyypin 2 diabetekselle. Afroamerikkalaisilla taas toiset nukleotidimuutokset olivat yhteydessä lihavuuteen ja plasman rasva-arvoihin. Adiponektiinin pitoisuutta plasmassa mitattiin erilaisissa aineistoissa. Kolmannessa tutkimuksessa havaittiin, että matala pitoisuus oli yhteydessä metabolisen oireyhtymän eri osatekijöihin ja pitoisuus oli sitä matalampi, mitä enemmän osatekijöitä henkilöllä on. Neljännessä tutkimuksessa havaittiin että matala plasman adiponektiinipitoisuus oli yhteydessä suurentuneeseen riskiin saada huonontunut glukoosin sietokyky tai tyypin 2 diabetes tulevaisuudessa. Viidennessä tutkimuksessa adiponektiinitaso määritettiin naisilta jotka olivat ohittaneet vaihdevuodet ja saivat estrogeenikorvaushoitoa. Havaittiin että plasman adiponektiinitaso laski niillä naisilla, jotka saivat korvaushoitoa suun kautta. Tämä saattaisi osittain selittää suun kautta annettavan estrogeenikorvaushoidon epäedullista vaikutusta sydän ja -verisuonitautien riskitekijöihin. Tutkimus vahvistaa edelleen adiponektiinin merkitystä lihavuuteen liittyvissä sairauksissa ja tuo uutta tietoa adiponektiini- ja PTP1B-geenien muuntelun merkityksestä eri väestöissä.

Abstract Depression, anxiety and sleep disorders have been reported to be associated with low level of inflammation, i.e., low-grade inflammation, but mainly in males. The evidence has mainly been based on laboratory or clinical studies with small sample sizes or epidemiological studies with elderly subpopulations. In this study the association of low-grade inflammation with depression, anxiety, and sleep disturbances was investigated using the Northern Finland 1966 Birth Cohort (NFBC 1966). In women, the effect of hormonal factors, menopause and the use of oral contraceptives/hormone replacement therapy on the association between low-grade inflammation and depression was also studied by using the Pieksämäki Study data. In 31-year follow-up of NFBC 1966 (N=6007), the depressive and anxiety symptoms were assessed by Hopkins Symptom Checklist-25 (HSCL-25) and sleep disorders by 15-D questionnaires, while the marker of low-grade inflammation, plasma concentration of high sensitivity C-reactive protein (hs-CRP), was measured. In the Pieksämäki study a representative sample of inhabitants in the town of Pieksämäki were invited to clinical examination. Depressive symptoms were obtained by Beck’s Depression Inventory-21, and hs-CRP was measured (512 women). The results of this study revealed that at epidemiological level, elevated hs CRP levels of ≥1.0 mg/L increased the probability of current depressive symptoms of single depressive episode in the two highest subgroups (i.e., HSCL-25 mean scores ≥1.75 and ≥2.01) 1.4- and 1.7- fold in males, respectively. In addition, anxiety symptoms (HSCL-25 anxiety scale mean score ≥1.75) increased independently the probability of elevated hs-CRP levels (>3.0 mg/L) in males over 2-fold. Risk ratio of 1.3 was found for males with moderate to severe sleep disturbances and elevated hs-CRP levels (≥1.0 mg/L). Regarding females, a positive correlation between elevated hs-CRP levels and depressive symptoms was found only among peri- and postmenopausal women not using exogenous hormones. The results suggest that low-grade inflammation is associated not only with depression but also with anxiety and sleep disturbances in young adult men. In women, hormonal factors may have an effect on the association between low-grade inflammation and depression. Further investigations are called for to confirm these findings and furthermore, to determine the possible role of low-grade inflammation in the pathophysiology of these disorders. / Tiivistelmä Depressio, ahdistuneisuushäiriöt ja unihäiriöt on yhdistetty elimistön matala-asteiseen tulehdustilaan, joskin pääasiallisesti vain miehillä. Tulosten yleistettävyyttä ovat rajoittaneet tutkimusten pienet otoskoot tai painottuminen iäkkäisiin väestöaineistoihin. Tässä tutkimuksessa selvitettiin matala-asteisen tulehduksen yhteyttä depressioon, ahdistuneisuuteen ja unihäiriöihin Pohjois-Suomen syntymäkohortti 1966 -aineistossa. Lisäksi Pieksämäki-tutkimuksen aineistossa selvitettiin naisilla menopaussin ja ehkäisyvalmisteiden/vaihdevuosihormonikorvaushoidon vaikutusta depression ja matala-asteisen tulehduksen väliseen yhteyteen. Pohjois-Suomen syntymäkohortti 1966 -tutkimuksen 31-vuotisseurannassa kartoitettiin 6007 henkilöltä masennus- ja ahdistuneisuusoireita Hopkins Symptom Checklist-25 -arviointiasteikolla (HSCL-25) ja unihäiriöitä 15-D-kyselyllä. Lisäksi mitattiin matala-asteisen tulehduksen mittarina käytetyn herkän C-reaktiivisen proteiinin (CRP) pitoisuus. Pieksämäki-tutkimuksessa edustava otos Pieksämäen asukkaista kutsuttiin kliiniseen tutkimukseen ja depressiivisiä oireita kartoitettiin Beckin 21-osioisella arviointiasteikolla ja mitattiin herkkä CRP (512 naista). Nuorilla aikuisilla miehillä, joiden herkkä CRP oli kohonnut (≥1.0 mg/l), todettiin 1.7-kertainen masennusoireiden riski, kun katkaisupisteenä käytettiin HSCL-25-kyselyn masennuskeskiarvopistettä ≥2.01. Ahdistuneisuusoireet (HSCL-25-kyselyn ahdistuneisuuskeskiarvopisteet ≥1.75) lisäsivät kohonneen herkän CRP:n riskiä (>3.0 mg/l) yli kaksinkertaiseksi miehillä. Keskivaikeasta tai vaikeasta unihäiriöstä kärsivillä todettiin 1.3-kertainen kohonneen herkän CRP:n (≥1.0 mg/l) riski. Naisilla positiivinen yhteys masennuksen ja kohonneen herkän CRP:n välillä todettiin vain peri- ja postmenopausaalisilla naisilla, jotka eivät käyttäneet hormonikorvaushoitoa tai suun kautta otettavia ehkäisyvalmisteita. Tutkimustulokset viittaavat matala-asteisen tulehduksen liittyvän depressioon, ahdistukseen ja unihäiriöön nuorilla aikuisilla miehillä. Naisilla hormonaaliset seikat mahdollisesti vaikuttavat depression ja matala-asteisen tulehduksen väliseen yhteyteen. Tulevaisuuden tutkimushaasteena on selvittää matala-asteisen inflammaation mahdollinen merkitys depression, ahdistuneisuuden ja unihäiriöiden patofysiologiassa.

Abstract Collagen XVIII is an evolutionarily conserved, ubiquitously-expressed basement membrane (BM) proteoglycan produced in three isoforms, the individual roles of which are largely unknown. The physiological in vivo roles of these collagen XVIII isoforms are studied here using novel genetically modified mouse strains deficient in either the short or the medium/long isoforms of the molecule. In addition, the effects of keratin-14-driven overexpression of the thrombospondin-1 (Tsp-1) –like domain, which is common to all three collagen XVIII isoforms, are studied. The findings underline the importance of the short collagen XVIII isoform in the eye, as its absence was sufficient to cause the aberrant vascularisation of the retina previously reported in mice lacking all isoforms of collagen XVIII. In addition, an excess of the collagen XVIII Tsp-1 domain led to serious eye abnormalities, possibly by interfering with the functions of the full-length collagen XVIII produced in mice. Collagen XVIII was also shown to contribute to adipogenesis in an isoform-specific manner, in that a lack of the medium/long isoforms of collagen XVIII led to impaired adipocyte maturation and the subsequent reduction in the adipocyte number induced liver steatosis and hypertriglyceridaemia. Hence this work establishes a new extracellular matrix ECM-directed mechanism contributing to control over the multistep adipogenesis programme and points to the functional consequences of its impairment for ectopic fat deposition. The enzymatic remodelling of ECM components results in molecules with novel biological activities. Arresten is a collagen IV(α1)-derived fragment with anti-angiogenic properties which was originally described as not having any direct anti-tumour effects on cancer cells themselves. The present data revealed novel inhibitory roles for arresten in oral squamous carcinoma cell proliferation, survival, motility and invasion. Since arresten is a potent inhibitor of angiogenesis, the data generated here further underline the possibility for using it as a therapeutic agent in cases of cancer. / Tiivistelmä Kollageeni XVIII on tyvikalvojen proteoglykaani ja yksi harvoista evoluutiossa konservoituneista kollageeneista. Se esiintyy elimistössä kolmena isomuotona, joiden biologiset tehtävät ovat vielä jokseenkin epäselviä. Tässä tutkimuksessa selvitettiin kollageeni XVIII:n isomuotojen fysiologista merkitystä hyödyntäen uusia hiirilinjoja, joilta kollageeni XVIII:n lyhyt tai kaksi pisintä varianttia oli geneettisesti inaktivoitu. Poistogeenisten hiirimallien rinnalle tehtiin kaikille varianteille yhteistä trombospondiini-1 (Tsp-1)-domeinia yli-ilmentävä hiirilinja. Tämän väitöskirjatutkimuksen avulla saatiin uutta tietoa kollageeni XVIII:n ja etenkin sen lyhimmän variantin tärkeästä roolista silmässä. Aikaisemmat tutkimukset ovat osoittaneet kollageeni XVIII:n puutteen häiritsevän silmän verkkokalvon verisuonituksen normaalia kehittymistä. Tässä työssä havaittiin, että pelkästään lyhyen isomuodon puute riitti altistamaan hiiret muutoksille verkkokalvon suonituksessa. Tsp-1-osan ylimäärän havaittiin lisäksi alistavan hiiret muutoksille silmän rakenteessa, mahdollisesti häiritsemällä silmässä jo olemassa olevan kollageeni XVIII:n toimintaa. Tässä työssä havaittiin myös uusi yhteys kollageeni XVIII:n ja rasvasolujen kypsymisen välillä. Verrokkihiiriin verrattuna muodostuvan rasvakudoksen havaittiin jäävän merkittävästi vähäisemmäksi poistogeenisillä hiirillä, joilta kollageeni XVIII:n pitkät isomuodot olivat geneettisesti inaktivoitu. Heikentynyt rasvakudoksen muodostuminen lisäsi triglyseridien kertymistä hiiren verenkiertoon ja maksaan. Tutkimustulos on merkittävä avaus soluväliaineen merkityksestä rasva-aineenvaihdunnalle ja kannustaa lisätutkimuksilla selvittämään, onko kollageeni XVIII:lla yhteys myös ihmisen metaboliseen oireyhtymään. Soluväliaineen komponenttien entsymaattinen muokkaus tuottaa usein molekyylejä, joilla on uusia isäntämolekyyleistä poikkeavia ominaisuuksia. Tässä työssä tutkittiin yhden tällaisen molekyylin, tyvikalvokollageenin IV hajoamistuotteen, arrestenin, suoria vaikutuksia syöpäsoluille. Arrestenin tiedettiin entuudestaan estävän syöpäkasvainten verisuonten uudismuodostusta koe-eläimillä. Työssä osoitettiin, että arresten vaikutti endoteelisolujen lisäksi myös itse syöpäsoluihin estäen niiden lisääntymistä ja vähentäen niiden elinkykyä ja liikkuvuutta, mikä tekee arrestenista entistä houkuttelevamman ehdokasmolekyylin lääkekehitystyöhön.

Abstract Sepsis is a common problem in the intensive care unit (ICU) still having a high mortality and causing high costs to health care system. Currently, there is no marker to distinguish sepsis from other causes of systemic inflammation. Leukocyte surface molecules have been proposed as markers of sepsis. The most promising markers have been neutrophil CD64 and CD11b on monocytes and neutrophils and HLA-DR on monocytes. In this thesis, leukocyte surface molecules were investigated using quantitative flow cytometry in critically ill patients with sepsis, non-septic ICU controls, and healthy volunteers. The surface molecules of interest were neutrophil CD11b and CD64, monocyte CD11b, CD14, CD40, CD64, CD80, HLA-DR, and lymphocyte CD69. First, a special emphasize was indicated in methodological aspects of the quantitative flow cytometry. Then, the surface molecule kinetics was investigated in different types of critically ill patients. Finally, the diagnostic performance of the molecules was determined and compared to that of traditionally used sepsis markers. Furthermore, an example of multiple marker analysis was introduced as a diagnostic tool. The optimal circumstances for leukocyte surface molecule analysis were +4°C temperature throughout the collection and preparation of the samples using tubes containing acid citrate dextrose (ACD) as an anticoagulant, followed by flow cytometry within 6 hours from sampling. Monocyte CD11b and CD40, neutrophil CD11b and CD64, and CD69 on CD4+ T cells and natural killer (NK) cells separated sepsis from non-septic ICU controls and healthy volunteers, neutrophil CD64, having the best area under curve. Procalcitonin (PCT) was second best marker. Monocyte CD40 and NK CD69 may predict positive blood culture detection, whereas CD11b may predict early mortality. In multiple marker analysis, combination of positive neutrophil CD64, C-reactive protein (CRP) and PCT increased post-test probability for sepsis. In conclusion, pre-analytical and analytical factors have effects on results of leukocyte surface molecule analysis. Leukocyte surface molecules may improve sepsis diagnostics in ICU setting. Neutrophil CD64 was the most promising marker. Combination of CD64, CRP and PCT increased the detection of sepsis in ICU. / Tiivistelmä Sepsis on yleinen tehohoidon ongelma, johon liittyy korkea kuolleisuus ja suuret hoidolliset kustannukset. Toistaiseksi ei ole laboratoriomerkkiainetta, joka erottaisi sepsistä sairastavat muista kriittisesti sairaista, joilla on yleistynyt tulehdusvaste. Valkosolujen pintamolekyylien käyttöä sepsiksen laboratoriomerkkiaineena on tutkittu. Lupaavimmat näistä molekyyleistä ovat olleet neutrofiilien CD64, monosyyttien ja neutrofiilien CD11b ja monosyyttien HLA-DR. Tässä väitöskirjassa tutkittiin valkosolujen pintamolekyylejä kriittisesti sairailla sepsistä sairastavilla potilailla, niillä tehohoitopotilailla, joilla ei ollut sepsistä, ja terveillä vapaaehtoisilla virtaussytometriaa käyttäen. Mielenkiinnon kohteina olivat neutrofiilien CD11b ja CD64, monosyyttien CD11b, CD14, CD40, CD64, CD80 ja HLA-DR, sekä lymfosyyttien CD69. Ensimmäiseksi tutkittiin kvantitatiivista virtaussytometriaa menetelmänä. Sen jälkeen pintamolekyylien kinetiikkaa tutkittiin eri potilasryhmillä. Lopuksi määritettiin pintamolekyylien diagnostinen tehokkuus ja sitä verrattiin perinteisempiin sepsiksen diagnostiikassa käytettyihin laboratoriomerkkiaineisiin. Lisäksi selvitettiin usean merkkiaineen mallin diagnostista osuvuutta. Parhaat olosuhteet virtaussytometrialle olivat: +4 °C:n lämpötila näytteenoton ja -käsittelyn aikana, näytteiden ottaminen putkiin, joissa on antikoagulanttina hapan sitraatti-dekstroosi (ACD) ja näytteiden analysointi kuuden tunnin kuluessa näytteenotosta. Monosyyttien CD11b ja CD40, neutrofiilien CD11b ja CD64 sekä CD4+ T-solujen ja NK-solujen CD69 erottivat sepsistä sairastavat tehohoitoverrokeista ja terveistä. Neutrofiilien CD64:llä oli paras erottelukyky. Prokalsitoniini (PCT) oli toiseksi paras merkkiaine. Monosyyttien CD40 ja NK-solujen CD69 voivat parantaa positiivisen veriviljelylöydöksen havaitsemista, kun taas CD11b voi ennustaa varhaista potilaan menehtymistä. Usean merkkiaineen mallissa neutrofiilien CD64 paransi C-reaktiivisen proteiinin (CRP) ja PCT:n tehoa sepsiksen diagnostiikassa. Loppupäätelmänä on, että valkosolujen pintamolekyylien analysointivaiheen eri muuttujilla on vaikutusta virtaussytometriatuloksiin. Valkosolujen pintamolekyylien käyttö voi parantaa sepsiksen diagnostiikkaa teho-osastolla. Neutrofiilien CD64 oli lupaavin merkkiaine. Neutrofiilien CD64:n, CRP:n ja PCT:n yhdistelmä paransi sepsiksen diagnostiikkaa teho-osastolla.

Abstract Advances over the past few decades in ante- and neonatal care have led to the survival of a growing number of premature infants of extremely low gestational age. However, the occurrence of serious diseases, particularly those affecting the most immature infants, remains high. Bronchopulmonary dysplasia (BPD), a chronic lung disease of premature infants, is one such disease. Our current understanding of the molecular pathogenesis of BPD is incomplete; consequently, there are few preventive and therapeutic options for BPD. Moreover, it is challenging to predict the risk of BPD. Previous studies of BPD in twins revealed that the heritability of BPD is quite high. However, the individual genes that predispose premature infants to BPD are largely unknown. The aim of this study was to identify and study genes associated with BPD in order to investigate its pathogenesis. An additional aim was to add to knowledge of the risk of BPD in newborn premature infants, with an emphasis on twins. A candidate gene study found no consistent association between common polymorphisms of vascular endothelial growth factor receptor 2 and BPD. A second candidate gene study noted an association between the gene encoding Kit ligand and BPD. A genome-wide association study found a suggestive association between a locus close to the gene encoding C-reactive protein (CRP) and BPD, and in subsequent analyses, plasma levels of CRP during the first week of life predicted BPD. Finally, a nationwide register study found that the risk of BPD was lower in twins than in singletons. The results of this study add to what is known of the genetics and pathogenesis of BPD. They also provide new data on the risk of BPD, which may be used to improve early identification of infants for whom the risk of developing BPD is high. / Tiivistelmä Ennenaikaisen syntymän ja keskoslasten hoidon kehittymisen myötä yhä useammat huomattavan epäkypsinä syntyneet lapset jäävät henkiin. Samalla erityisesti juuri näitä lapsia uhkaavien sairauksien esiintyvyys on pysynyt korkeana. Bronkopulmonaalinen dysplasia (BPD, keskosen krooninen keuhkosairaus) on yksi näistä sairauksista. BPD:n molekyylitasoinen tautimekanismi on vielä osin tuntematon, eikä BPD:tä tehokkaasti estävää tai siitä parantavaa hoitoa ole. Myös BPD riskin arvioiminen vastasyntyneen keskoslapsen kohdalla on vaikeaa. BPD on huomattavan perinnöllinen tauti. BPD:lle altistavista geeneistä on kuitenkin vasta vähän tietoa. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli lisätä tietoa BPD:n tautimekanismista tutkimalla BPD:lle altistavia geenejä. Lisäksi tutkimuksessa tarkasteltiin BPD:n esiintyvyyttä ja syntymää edeltäviä riskitekijöitä erityisesti kaksosten osalta. Ehdokasgeenitutkimuksessa verisuonten endoteelikasvutekijää koodaava geeni ei assosioitunut toistuvasti BPD:hen. Kit ligandia koodaava geeni sen sijaan assosioitui. Koko genomin assosiaatiotutkimuksessa C-reaktiivista proteiinia (CRP) koodaavan geenin lähistöltä löydettiin BPD:hen mahdollisesti assosioituva alue. Lisäksi ensimmäisen viikon CRP-arvojen osoitettiin ennakoivan myöhemmin kehittyvää BPD:tä. BPD-riskin todettiin olevan matalampi kaksi- kuin yksisikiöisistä raskauksista syntyneillä lapsilla. Tutkimuksen tulokset lisäävät tietoa BPD:n perinnöllisyydestä ja sitä kautta BPD:n tautimekanismista. Tutkimus toi myös uutta tietoa BPD:n riskitekijöistä parantaen vastasyntyneen keskoslapsen BPD-riskin arviota.

Abstract Herpes simplex virus type 1 (HSV-1) is a common pathogen with an age-standardized seroprevalence of 52% in Finland. The most common manifestation of HSV-1 infection is labial herpes, but recently HSV-1 has emerged as the most common cause of primary genital herpes in Finnish women. HSV-1 can also lead to severe conditions such as encephalitis. After the primary lytic HSV-1 infection at the epithelia, the progeny viruses infect the innervating sensory neurons. The neuronal infection may lead to a quiescent infection form, called latency. Periodically, the virus may reactivate, which can lead to recurrent infection at the epithelia. During different phases of the viral life cycle the host cells try to restrict the infection. This study set out to investigate the roles of two HSV-1 proteins, γ134.5 and Us3 during different phases of the HSV-1 life cycle. The aim of the first study was to investigate how the deletion of Us3 affected host responses, especially Toll-like Receptor (TLR) signaling, in monocytic U937 cells. TLR3 expression was increased during Us3 deletion virus infections. This also led to increased activation of IRF-3 and increased expression of type I interferons (IFN) and an interferon stimulated protein. This study shows that TLR3 is involved in controlling the HSV-1 infection and that Us3 regulates IRF-3 activation. The second study focused on the role of the γ134.5 protein in HSV-1 latency. Embryonic mouse dorsal root ganglion (DRG) cultures were used as a cell culture model for HSV-1 latency and reactivation. In this model γ134.5 deletion viruses did not reactivate as efficiently as wild-type viruses, even though they replicated well and established latency in the neurons. Stress granules are part of the host response. In the third study, the roles of the innate immunity effectors HSV-1 Us3 and human Z-DNA binding protein 1 (ZBP1) in stress granule formation (SG) were studied. Wild-type HSV-1 efficiently prevented the formation of SGs. The overexpression of ZBP1 resulted in accumulation of smaller but more abundant SGs during oxidative stress. Overexpression of Us3 did not significantly affect the size or number of SGs, but during Us3 deletion virus infection, SG proteins localized to cis-Golgi. This work shows that HSV-1 uses Us3 to evade and modulate host responses and that the γ134.5 protein is required for reactivation in mouse DRG cultures. / Tiivistelmä Herpes simplex virus tyyppi 1 (HSV-1) on yleinen taudinaiheuttaja, jonka ikävakioitu seroprevalenssi Suomessa on 52 %. HSV-1 tunnetaan yleisimmin huuliherpeksen aiheuttajana, mutta myös kasvava osuus genitaaliherpeksistä on HSV-1:n aiheuttamia. HSV-1 voi johtaa myös vakaviin ilmentymiin, kuten aivotulehdukseen. Epiteelisolujen infektion tuottamia viruksia siirtyy aluetta hermottaviin tuntohermosoluihin, mikä voi johtaa piilevään infektiomuotoon eli latenssiin. Latentti virus voi ajoittain reaktivoitua, mistä voi seurata uusintainfektio. Isäntäsolu pyrkii rajoittamaan infektiota sen eri vaiheissa. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää kahden HSV-1:n virulenssiproteiinin, γ134.5:n ja Us3:n, merkitystä HSV-1:n elinkierrossa. Osatyössä I tutkittiin, miten Us3:n poisto vaikuttaa luontaisen immuniteetin vasteisiin, keskittyen etenkin Tollin kaltaisten reseptorien (TLR) signaalivälitykseen U937-monosyyttisoluissa. Us3-poistogeenisillä viruksilla suoritetuissa infektioissa TLR3:n ilmentyminen lisääntyi merkittävästi. Tämä johti myös lisääntyneeseen IRF-3-aktivaatioon sekä tyypin I interferonien ja interferonistimuloituvan proteiinin lisääntyneeseen ilmentymiseen. Tämä osoittaa, että TLR3 osallistuu HSV-1-viruksen tunnistukseen ja että Us3 säätelee IRF-3:n aktivaatiota. Osatyössä II keskityttiin γ134.5-proteiinin merkitykseen HSV-1:n latenssissa. Hiirialkioiden takajuuren hermoganglioita käytettiin soluviljelymallina HSV-1:n latenssin ja reaktivaation tutkimisessa. Tässä mallissa γ134.5-poistogeeniset virukset kasvoivat hyvin ja asettuivat latenteiksi, mutta eivät silti reaktivoituneet kuten luonnonkannan virukset. Stressijyväset ovat osa luontaista immuniteettia. Osatyössä III määritettiin HSV-1:n Us3-proteiinin ja ihmisen Z-DNA:han sitoutuvan proteiini 1:n (ZBP1) merkitystä stressijyvästen muodostumisessa. Luonnonkannan virus kykeni tehokkaasti estämään jyvästen muodostumisen. ZBP1:n yli-ilmentäminen oksidatiivisen stressin aikana johti suureen määrään pienikokoisia stressijyväsiä. Us3:n yli-ilmentäminen ei vaikuttanut stressijyväsiin, kun taas Us3-poistogeenisellä viruksella suoritetuissa infektioissa stressijyväsproteiinit paikantuivat Golgin laitteeseen. Tämä tutkimus osoittaa, että HSV-1 käyttää Us3-proteiinia luontaisten immuunivasteiden muunteluun ja että γ134.5-proteiini on välttämätön reaktivaatiossa hiiren hermoganglioissa.

Abstract The purpose of this study was to evaluate extended first trimester screening for severe chromosomal disorders and adverse pregnancy outcomes in singleton pregnancies among the general population in Finland. Maternal serum biochemical markers, pregnancy associated plasma protein-A (PAPP-A) and free beta human chorionic gonadotropin (fβ-hCG), and fetal nuchal translucency (NT) thickness were measured during the gestational weeks 8+0–13+6. A computerized risk figure program was used to calculate an individual risk figure for chromosomal disorders. It was investigated whether the screening parameter, PAPP-A, is associated with adverse pregnancy outcomes. The prevalence of Down syndrome (DS) cases in Finland during the years 2002–2006 was 1:364 (N=795). The proportion of women aged 35 years or older increased from 5–10% in the years 1980–1990 to 19.1% during the study period. Most DS cases (61.1%) presented in that age group. The first trimester combined screening for Down syndrome yielded a detection rate (DR) of 81.9% for a 4.3% false positive rate (FPR). The performance was evaluated among 76949 voluntary women during the study period of 01.05.2002–31.12.2008. There were 188 cases of DS. The screening worked better among the older women. The number of invasive procedures needed to detect one case of DS was higher among the younger women. Adding specific algorithms for screening of other chromosomal abnormalities yielded DR of 74.0% for trisomy 18 (T18) and 54.5% for trisomy 13 (T13) with an additional increase of 0.3% FPR. For chromosomal abnormalities other than T18 and T13, the specific algorithms did not improve the screening performance. Low first trimester maternal serum levels of PAPP-A (≤0.30 MoM) were significantly associated with small for gestational age (SGA) newborns and stillbirths (SBs). The combined screening method for DS works well in practice and has been standardized in Finland. In screening for trisomies 18 and 13 a specific algorithm is reasonable. Low first trimester levels of PAPP-A could be used as an independent marker for pregnancies at high risk for SGA babies and SBs. / Tiivistelmä Tutkimuksen tarkoituksena oli arvioida laajennetun ensimmäisen raskauskolmanneksen kromosomipoikkeavuuksien seulonnan toimivuutta yksisikiöisissä raskauksissa suomalaisessa normaaliväestössä. Äidin seerumin biokemialliset merkkiaineet, raskauteen liittyvä valkuaisaine A (PAPP-A) ja raskaushormoni (fβ-hCG) sekä sikiön niskaturvotus mitattiin raskausviikoilla 8+0–13+6. Yksilöllinen riskiluku kromosomipoikkeavuuksille laskettiin käyttäen tietokoneen riskinlaskentaohjelmaa. Seulonnan merkkiaineen, PAPP-A:n, matalien pitoisuuksien yhteyttä epäsuotuisiin raskauden lopputuloksiin tutkittiin. Downin oireyhtymän esiintyvyys Suomessa oli 1:364 (N=795) vuosina 2002–2006. 35-vuotiaiden tai sitä vanhempien naisten osuus oli tutkimusaikana 19.1 %, mikä on huomattavasti suurempi kuin vuosien 1980–1990: 5–10 %. Näiden naisten sikiöiden joukosta löytyi suurin osa Down oireyhtymistä (61.1 %). Ensimmäisen raskauskolmanneksen yhdistelmäseulonnan toimivuutta tutkittiin aikana 01.05.2002–31.12.2008. Tutkimukseen osallistui 76 949 vapaaehtoista naista. Joukossa oli 188 Downin oireyhtymätapausta. Seulonnan herkkyys Downin oireyhtymälle oli 81.9 % ja tarkkuus 4.3 %. Seulonta toimi parhaiten vanhempien naisten joukossa. Niiden kajoavien toimenpiteiden määrä, jotka tarvittiin yhden Down-sikiön löytämiseksi, oli suurempi nuorten naisten joukossa. Tutkimuksessa Downin oireyhtymän algoritmiin lisättiin spesifiset algoritmit trisomioille 18 ja 13, jolloin saavutettiin 74.0 %:n herkkyys trisomialle 18 ja 54.5 %:n herkkyys trisomialle 13. Väärien positiivisten seulontatulosten määrä kasvoi 0.3  %:n verran. Seulonnan toimivuus muiden kromosomipoikkeavuuksien joukossa ei parantunut spesifisten algoritmien avulla. Lisäksi matalan PAPP-A-pitoisuuden yhteys pienipainoisuuten ja kuolleena syntyneisyyteen oli tilastollisesti merkittävä. Tutkimus osoitti, että esimmäisen raskauskolmanneksen yhdistelmäseulonta toimii hyvin käytännössä. Trisomioiden 18 ja 13 seulonnassa spesifisten algoritmien käyttö on järkevää. Matalaa ensimmäisen raskauskolmanneksen PAPP-A-arvoa voitaisiin käyttää itsenäisenä riskimerkkiaineena raskauksille, joissa pienipainoisuuden ja kuolleena syntymisen riski on kohonnut.