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 Cardiovascular diseases are the leading causes of death in the developed countries and their incidence is not expected to decrease in the future. There is a lifetime risk of one in five of developing heart failure, which still has poor prognosis and current treatments only cover part of the pathophysiology behind this syndrome. Pathological processes contributing to heart failure include cardiac hypertrophy and remodeling, which involves neurohumoral activation, reactivation of fetal genes, impaired Ca2+ cycling, increased apoptosis, and increased fibrosis. Intracellular signalling pathways and transcription factors mediating the response to various extracellular stresses have a key role in the regulation of myocardial remodeling and they are investigated in order to develop new approaches for the treatment of heart failure. The aim of this thesis was to elucidate roles of mitogen-activated protein kinases (MAPKs) and transcription factor GATA-4 in the regulation of cardiomyocyte function in cell cultures, and in hearts ex vivo and in vivo. The main findings were that (i) Inhibition of p38α MAPK enhanced function of sarco/endoplasmic reticulum Ca2+ -ATPase and thus cardiac contractility by increasing phosphorylation of protein phosphatase inhibitor-1 and phospholamban, (ii) p38 MAPK isoforms p38α and p38β regulated promoter activity of B-type natriuretic peptide via distinct pathways, (iii) p38α and p38β MAPKs also had different effects on gene expressions related to fibrosis and hypertrophy, and (iv) p38 and ERK1/2 MAPKs mediated stretch-induced activation of GATA-4 by phosphorylation at Ser 105. GATA-4 also seems to be regulated by ubiquitination. This study provides novel data of p38 MAPK and GATA-4 in the regulation of cardiomyocyte function. Inhibition of p38α MAPK could be beneficial in the treatment of heart failure. Also GATA-4 is a potential target for treatment of cardiovascular diseases. / Tiivistelmä Sydän- ja verisuonisairaudet ovat yleisin kuolinsyy länsimaissa, eikä niiden ilmaantuvuus tule vähenemään lähitulevaisuudessa. Elinikäinen riski sairastua sydämen vajaatoimintaan on 20 %, ja sydämen vajaatoiminnan ennuste on edelleen huono. Nykyisillä hoitomuodoilla voidaan puuttua vain osittain sydämen vajaatoiminnan patofysiologisiin mekanismeihin. Sydämen vajaatoiminnan kehittymiseen liittyvät sydänlihaksen liikakasvu ja uudelleenmuovautumisprosessi, johon liittyy neurohumoraalinen aktivaatio, sikiöaikaisten geenien uudelleenilmentyminen, häiriöt solunsisäisessä Ca2+-viestinnässä sekä lisääntynyt ohjelmoitu solukuolema ja sidekudoksen muodostuminen sydämeen. Solunsisäisillä viestinvälitysketjuilla sekä transkriptiotekijöillä, jotka vastaavat solunulkoisten ärsykkeiden välittämisestä solun sisällä, on keskeinen rooli edellämainittujen prosessien säätelyssä. Uusien lähestymistapojen kehittäminen sydämen vajaatoiminnan hoitoon edellyttää myös solunsisäisen viestinvälityksen ja geenien säätelyn mekanismien selvittämistä. Tämän väitöstyön tavoite oli selvittää p38 mitogeeniaktivoituvan proteiinikinaasin (p38 MAPK) ja transkriptiotekijä GATA-4:n merkitystä sydämen vajaatoiminnan patogeneesissä soluviljelymalleissa. Päälöydöksiä olivat: (i) p38α MAPK -isoformin estäminen paransi kalsiumia solulimakalvostoon pumppaavan SERCA2a:n toimintaa ja sydänlihassolun supistumiskykyä lisäämällä fosfolambaanin ja proteiinifosfataasi-inhibiittori-1:n fosforylaatiota. (ii) p38 MAPK isoformit p38α ja p38β säätelivät B-tyypin natriureettisen peptidin geenin promoottorialuetta erillisten reittien kautta. (iii) p38α ja p38β isoformit vaikuttivat myös eri tavoin sydämen sidekudoksen muodostumiseen ja hypertrofiaan liittyvien geenien ilmentymiseen. (iv) p38 ja ERK1/2 välittävät venytyksen aiheuttaman GATA-4:n aktivaation fosforyloimalla seriini-105 fosforylaatiopaikan. Lisäksi GATA-4:n toimintaa säädellään ubiquitinaation avulla. Tämä tutkimus tuo uutta tietoa p38 MAPK:n ja GATA-4:n rooleista sydämen vajaatoiminnan kehittymisessä. p38α-isoformin toiminnan estäminen voisi olla hyödyllinen hoitomuoto sydämen vajaatoiminnassa. Myös GATA-4 on potentiaalinen lääkehoidon kohde sydänsairauksien hoidossa.