Abstract Oxygen is vital for human survival. To ensure its sufficient supply, the body has an intricate system, which involves the circulatory, respiratory and neuroendocrine systems. When oxygen is lacking, a state of hypoxia occurs, and adaptive changes in gene expression increase oxygen delivery to promote survival. The key regulator of the transcriptional hypoxia response is hypoxia-inducible factor (HIF) which targets over 1000 genes. The HIF prolyl 4-hydroxylases (HIF-P4Hs) govern the stability of HIF in an oxygen-dependent fashion. In our studies we investigated whether activation of the hypoxia response through inhibition of either of two distinct HIF-P4Hs, HIF-P4H-2 or P4H-TM would reduce atherosclerosis in mice. We found that inhibition of HIF-P4H-2 led to reductions in numbers of atherosclerotic plaques, and levels of serum cholesterol and inflammation in white adipose tissue and aortic plaques. In addition, HIF-P4H-2 deficient mice had elevated levels of modified LDL-targeting, atheroprotective circulating autoantibodies. The P4H-TM knockout mice also had reduced numbers of atherosclerotic plaques and increased levels of atheroprotective autoantibodies in their sera, but in contrast to the HIF-P4H-2 deficient mice, they also showed a reduction in serum triglyceride levels. To determine how hypoxia alters maternal glucose and lipid metabolism in pregnancy, we studied pregnant mice that were predisposed to a hypoxic condition (15% ambient O2). We found that they had enhanced glucose metabolism due to reduced insulin resistance and an increased flux of glucose to maternal tissues. The hypoxic dams also failed to gain weight and store adipose tissue in the anabolic phase to the same extent as normoxic control dams. These results implicate HIF-P4H inhibition as a novel therapeutic mechanism for atherosclerosis, and suggest that the small molecule HIF-P4H inhibitors currently in clinical trials for renal anemia may have further possible therapeutic applications. In addition, greater understanding of the changes in maternal metabolism that underly reduced fetal growth in hypoxic conditions, and the development of targeted interventions may allow the preservation of fetal growth in cases of maternal hypoxia. / Tiivistelmä Happi on ihmiselle elintärkeää. Tämän vuoksi meille on kehittynyt pitkälle jalostunut verenkierto-, hengitys- ja neuroendokriininen järjestelmä sekä sellaisten geenien ilmentymisen muutoksia, jotka joko lisäävät hapen kuljetusta tai auttavat selviytymään hypoksisissa oloissa, jotta taataan riittävä hapen saanti. Hapen puutteessa hypoksiavaste, jonka tärkein säätelijä on hypoksiassa indusoituva transkriptiotekijä (HIF), aktivoituu. HIF:lla on yli 1000 kohdegeeniä joiden kautta sen vaikutukset välittyvät. HIF-prolyyli-4-hydroksylaasit (HIF-P4H:t) säätelevät HIF:n stabiilisuutta hapesta riippuvaisesti. Tutkimuksessamme selvitimme, vähentääkö hypoksiavasteen aktivointi HIF-P4H-2:n tai P4H-TM:n inhibition kautta ateroskleroosia hiirillä. Tuloksena oli, että HIF-P4H-2:n inhibitio vähensi ateroskleroottisia plakkeja, seerumin kolesterolia ja inflammaatiota valkoisessa rasvakudoksessa sekä plakeissa. Lisäksi hiirillä, joilta puuttui HIF-P4H-2, oli lisääntynyt määrä ateroskleroosilta suojaavia muokattua LDL:ää sitovia autovasta-aineita seerumissa. P4H-TM-poistogeenisillä hiirillä todettiin vastaavasti vähemmän ateroskleroottisia plakkeja ja lisääntynyt määrä ateroskleroosilta suojaavia autovasta-aineita seerumissa. Poiketen HIF-P4H-2-puutteisista hiiristä, niillä oli matalammat seerumin triglyseridi-tasot. Tutkimme raskaina olevia hiiriä, jotka altistimme hypoksisille olosuhteille (15% O2), jotta pystyisimme määrittämään, kuinka hypoksia vaikuttaa äidin sokeri- ja rasva-aineenvaihduntaan. Hypoksiassa raskaana olevilla hiirillä todettiin tehostunut sokeriaineenvaihdunta, joka oli seurausta alentuneesta insuliiniresistenssistä sekä lisääntyneestä sokerin sisäänotosta äidin kudoksiin. Hypoksiassa eivät raskaana olevien hiirten paino eivätkä rasvavarastot lisääntyneet samassa suhteessa normoksiassa raskaana olevien hiirten kanssa. Nämä tulokset tarjoavat uusia mahdollisuuksia HIF-P4H-inhibition käyttämiseen terapeuttisena vaihtoehtona ateroskleroosin hoidossa ja ehkäisemisessä. Kliinisissä kokeissa munuaisperäisen anemian hoidossa olevat HIF-P4H-estäjät voisivat näin ollen saada lisää indikaatioita. Lisäksi korkean ilmanalan aiheuttaman pienipainoisuuden takana olevien aineenvaihdunnan muutoksien ymmärtäminen voi mahdollistaa sikiön kasvun turvaamisen spesifein interventioin.

Abstract Maternal thyroid dysfunction and/or antibodies are present in 5–10% of pregnancies and may be associated with increased risks of adverse pregnancy and perinatal outcomes. In the present study maternal thyroid function and antibody status in the Northern Finland Birth Cohort 1986 was analyzed using early pregnancy serum samples. The impact of long-term storage on the stability of thyroid hormones and antibodies was studied and while TSH and thyroid hormone levels were not affected by storage time the concentrations of thyroid antibodies appeared to be significantly increased after 10 years of storage. Normal maternal thyroid function was evaluated by calculating thyroid hormone reference intervals in the thyroid antibody-negative population using a biobank of stored serum samples. Thyrotropin, free thyroxine and triiodothyronine reference intervals in the first and second trimester were 0.07–3.1 mU/L and 0.10–3.5 mU/L, 11.4–22.4 pmol/L and 11–18.9 pmol/L; and 3.4–7.0 pmol/L and 3.5–7.3 pmol/L, respectively, in this population (Abbott Architect method). Compared with thyroid antibody-negative mothers, antibody-positive mothers had significantly higher TSH and lower fT4 concentrations and an increased risk of experiencing death of an infant in the perinatal period with odds ratios (ORs) of 3.1 (95% confidence interval 1.4–7.1) for thyroid-peroxidase and OR 2.6 (1.1–6.2) for thyroglobulin antibody positivity. These infants were more often born very preterm, which could possibly explain these increased risks. Positive thyroid antibody status was not associated with preterm birth in this study. No other major pregnancy or perinatal complications were observed among mothers or newborns of mothers with thyroid dysfunction/antibodies. Mothers, who had hypothyroidism or thyroid antibodies during pregnancy, had a very high risk of subsequent thyroid disease: hazard ratio (HR) 17.7 (7.8–40.6) for overt hypothyroidism, 4.2 (2.3–7.4) for thyroid-peroxidase and 3.3 (1.9–6.0) for thyroglobulin antibody positivity. Mothers with hypothyroidism during pregnancy had increased risk of subsequent diabetes, (HR 6.0 [2.2–16.4]). Women at risk of thyroid dysfunction should be recognized and their prepregnancy counseling, blood sampling and treatment is probably beneficial. Whether universal screening of all pregnant women is justified is still under debate. / Tiivistelmä Kilpirauhasen toimintahäiriö tai ainoastaan kilpirauhasvasta-aineita (tyreoideaperoksidaasi- tai tyreoglobuliinivasta-aineita) esiintyy 5–10 % raskaana olevista naisista ja ne mahdollisesti lisäävät riskiä raskausajan ja vastasyntyneisyyskauden ongelmiin. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin Pohjois-Suomen syntymäkohorttia vuodelta 1985–1986. Äitien kilpirauhasen toimintaa tutkittiin alkuraskauden verinäytteiden avulla. Selvitimme pitkäaikaisen (20 vuotta) pakkassäilytyksen vaikutusta kilpirauhaslaboratoriokokeisiin. Tutkimuksessamme pakkassäilytyksellä ei ollut vaikutusta kilpirauhashormonien pitoisuuksiin, mutta kilpirauhasvasta-aineiden pitoisuudet olivat merkittävästi lähtötasoa korkeampia 10 säilytysvuoden jälkeen. Äitien normaali kilpirauhasen toiminta arvioitiin laskemalla aineistosta kilpirauhashormonien viitevälit kilpirauhasvasta-ainenegatiivisille naisille raskauden ensimmäiselle ja toiselle kolmannekselle käyttäen Abbott Architect metodia. Viitearvot olivat: tyreotropiinille 0.07–3.1 mU/l ja 0.10–3.5 mU/l, vapaalle tyroksiinille 11.4–22.4 ja 11–18.9 pmol/l sekä vapaalle trijodotyroniinille 3.4–7.0 ja 3.5–7.3 pmol/l. Äidin kilpirauhasen toimintahäiriöt eivät liittyneet vaikeisiin raskausajan tai vastasyntyneisyyskauden ongelmien, kuten ennenaikaisuuden ja kohtukuolemien esiintymiseen. Äidin kilpirauhasvasta-aineiden esiintyminen, mikä osoittaa kroonista autoimmuunityreoidiittia, lisäsi riskiä lapsen kohtukuolemaan ja ensimmäisen elinviikon kuolemaan; riski oli jopa kolminkertainen tyreoideaperoksidaasivasta-ainepositiivisten äitien vastasyntyneillä. Nämä vastasyntyneet olivat usein syntyneet hyvin ennenaikaisina (ennen 28. raskausviikkoa), mikä voi selittää tätä riskiä. Äidin kilpirauhasvasta-aineet eivät kuitenkaan lisänneet ennenaikaisten synnytysten riskiä tässä tutkimuksessa. Äideillä, joilla oli todettu kilpirauhasen vajaatoiminta tai kilpirauhasvasta-aineita, itsellään oli korkea, jopa 17-kertainen, riski sairastua myöhempiin kilpirauhasen sairauksiin, ja kilpirauhasen vajaatoiminta kuusinkertaisti sokeritautiin sairastumisriskin. Olisi tärkeää tunnistaa jo ennen raskautta ne naiset, joilla on riski sairastua kilpirauhasen vajaatoimintaan. Raskauden aikaisesta yleisestä seulonnasta ei vielä ole yksimielisyyttä.

Abstract Maternal gestational thyroid dysfunction has been associated with adverse neuropsychological development in children. This study investigated the effects of maternal thyroid dysfunction in early pregnancy and/or antibodies on the thyroid function and antibody status of children, as well as their association with the offspring’s ADHD symptoms, scholastic performance and sensory development. The study population consisted of the Northern Finland Birth Cohort of 1986. The mothers’ TSH, fT4 and TPO-Ab concentrations were evaluated in early pregnancy and in their offspring at 16 years of age. Data on the mothers and their families, their child’s health, development, behavior and scholastic performance were collected via parental questionnaires conducted in early pregnancy and when the children were 7-8 and 16 years old. Their teachers evaluated the children’s behavior and scholastic performance at 8 years of age, and at 16 years old the adolescents evaluated themselves. Maternal gestational thyroid dysfunction associated with adolescents’ increased odds of having the same thyroid dysfunction type. Adolescents of TPO-Ab-positive mothers had increased odds of being TPO-Ab-positive themselves. TPO-Ab-positive children had increased odds of having thyroid dysfunction. Increasing maternal TSH concentrations increased a child’s odds of having ADHD symptoms (OR 1.4 [95% CI 1.1-1.8]). Children of hypothyroxinemic mothers had increased odds of repeating a class at school (OR 3.5 [1.1-11.5]), and those of hyperthyroid mothers had increased odds of Finnish language learning difficulties (1.6 [1.03-2.4]). Furthermore, thyroid dysfunction in adolescents increased their odds of learning difficulties. No association was observed between maternal thyroid dysfunction and a child’s diagnosed intellectual deficiency and sensory development. Maternal thyroid dysfunction during pregnancy associated with thyroid dysfunction in the offspring. Maternal thyroid dysfunction may have a mild impact on her offspring’s neuropsychological development, but it had no effect on a child’s risk of diagnosed intellectual deficiency or sensory development. Children have compensatory mechanisms for overcoming early developmental thyroid hormone insufficiencies. Randomized trials for screening and treating maternal thyroid dysfunction during pregnancy are needed to evaluate the benefits to offspring. / Tiivistelmä Äidin raskauden aikaiset kilpirauhasen toimintahäiriöt on yhdistetty lapsen neuropsykologisen kehityksen ongelmiin, mutta aiempi tutkimustieto aiheesta on ristiriitaista. Tämän vuoksi tutkimme äidin raskauden ajan kilpirauhasen toimintahäiriöiden ja/tai vasta-aineiden vaikutusta nuoren kilpirauhastoimintaan ja vasta-ainestatukseen, ja näiden molempien vaikutusta lapsen ADHD-oireisiin, koulumenestykseen ja aistien kehitykseen. Tämän väitöskirjatyön aineistona oli väestöpohjainen Pohjois-Suomen syntymäkohortti 1986, johon kuuluu yli 99 % alueen raskaana olevista naisista. Äitien TSH, T4-V ja TPO-Ab – mittaukset tehtiin alkuraskaudessa ja kohortin lasten mittaukset 16-vuotiaana. Molempien kohdalla käytettiin väestöpohjaisia viitevälejä toimintahäiriön määrittämiseksi. Tietoja raskaudesta, äidin ja muun perheen sairastavuudesta, elintavoista ja sosioekonomisista tekijöistä ja lapsen terveydestä, kehityksestä, koulumenestyksestä ja käyttäytymisestä kerättiin kyselylomakkeilla raskauden aikana, 7-8-vuotiaana ja 16-vuotiaana. Myös luokanopettajat arvioivat lapsen koulumenestystä ja käyttäytymistä, ja nuoret itse arvioivat koulumenestystään 16-vuotiaina. Äidin raskauden aikainen kilpirauhasen toimintahäiriö nosti nuoren riskiä saada sama kilpirauhasen toimintahäiriö kuin äidillään. Äidin TPO-vasta-aine-positiivisuus nosti nuoren riskiä vasta-ainepositiivisuuteen. Nuoren positiiviset vasta-ainepitoisuudet nostivat riskiä poikkeaville kilpirauhasarvoille. Äidin nouseva TSH-pitoisuus yhdistyi lapsen suurempaan riskiin saada ADHD oireita 8-vuotiaana, mutta selkeää raja-arvoa sille ei löytynyt. Äidin hypo- tai hypertyreoosi eivät nostaneet lapsen ADHD-oireiden riskiä. Äidin kilpirauhastoimintahäiriöt nostivat hieman nuoren riskiä oppimisvaikeuksille ja luokan kertaamiselle. Myös nuoren oma kilpirauhastoiminta vaikutti vähäisessä määrin oppimiseen ja keskittymiseen. Äidin kilpirauhastoiminnalla ei ollut vaikutusta lapsen matalaan älykkyysosamäärään tai aistien kehitykseen Äidin raskaudenaikainen kilpirauhasen toimintahäiriö vaikutti lapsen neuropsykologiseen kehitykseen lievästi, mutta löydösten kliininen merkitys on vähäinen. Lasten keskushermoston korjaavat mekanismit todennäköisesti kompensoivat varhaiskehityksen kilpirauhashormonien vajetta. Randomoidulla tutkimuksella voitaisiin selvittää, hyötyisivätkö lapset äidin kilpirauhassairauden seulomisesta ja hoitamisesta alkuraskaudessa.

Abstract Early risk factors of the antenatal period and infancy have been increasingly linked to psychiatric disorders. The aim of this thesis was to study the associations between very early parental separation and maternal depressed mood in pregnancy on the other hand, and schizophrenia and criminality in the offspring in adolescence and adulthood, on the other, in two data sets. In the Christmas Seal Home Children Study the index cohort consisted of 3 020 subjects born in Finland in 1945–65 who were temporarily isolated from their family immediately after birth to nursing homes, the Christmas Seal Homes, due to tuberculosis in the family. The average separation time was seven months. For every index subject, two reference subjects were matched for sex, year of birth and place of birth. Data were obtained on schizophrenia from the Finnish Hospital Discharge Register (FHDR) in 1971–98 and on criminal offences from Statistics Finland in 1977–98. The 28-year cumulative incidence of schizophrenia was 1.6% both in the index cohort and in the reference cohort (RR 1.0; 95% CI 0.8–1.4). Both male and female index subjects had committed crimes more commonly than the reference subjects (in men RR 1.3; 95% CI 1.2–1.4; in women RR 1.5; 1.2–2.0). Of the male index subjects 12.1% as compared with only 7.1% of the reference cohort had committed violent offences (RR 1.7; 1.4–2.1). In the Northern Finland 1966 Birth Cohort mothers of 12 058 babies were asked at mid-gestation at the antenatal clinic if they felt depressed. This general population birth cohort of the children was followed up for 31 years being record-linked with the FHDR covering the years 1982–97 and with the criminal register of the Ministry of Justice up to 1998. We divided the schizophrenia patients into those having a psychotic first-degree relative (schizophrenia patients with familial risk for psychosis FR) and those without one. The cumulative incidence of hospital-treated schizophrenia was 1.3% among the offspring of depressed mothers and 0.9% among the descendants of non-depressed mothers (RR 1.5; 95% CI 0.9–2.4). The prevalence of antenatal depression was 35% in mothers of schizophrenia patients with FR. The respective prevalence was 14% both in the mothers of schizophrenia patients without FR and in the mothers of other cohort members. Both male and female offspring of antenatally depressed mothers were more commonly criminal offenders than offspring of non-depressed mothers (in men adjusted OR 1.5; 95% CI 1.2–1.9; in women OR 1.5; 0.8–3.0). In males, 6.5% with depressed mothers and 3.2% with non-depressed mothers had committed violent offences (adjusted OR 1.6; 1.1–2.4). Very early separation and mothers' depressed mood in pregnancy are per se unlikely to increase the risk for schizophrenia in the offspring, but seem to be connected to criminal behaviour, especially violent criminality in men. / Tiivistelmä Raskaus- ja imeväisajan varhaiset tekijät on lisääntyvästi yhdistetty lapsen tuleviin mielenterveyshäiriöihin. Tarkoituksena oli tutkia hyvin varhaisen eron (separaation) ja äidin raskaudenaikaisen masentuneen mielialan yhteyttä lasten skitsofreniaan ja rikollisuuteen nuoruudessa ja aikuisuudessa kahdessa eri aineistossa. Joulumerkkikoti-lasten tutkimuksessa indeksikohortti koostui 1945–65 syntyneistä 3 020 tutkittavasta, jotka erotettiin väliaikaisesti perheistään heti syntymän jälkeen hoitokoteihin, Joulumerkkikoteihin, perheen tuberkuloosin takia. Ero vanhemmista kesti keskimäärin seitsemän kuukautta. Jokaiselle indeksitutkittavalle valittiin kaksi sukupuolen, syntymävuoden ja -paikan mukaan kaltaistettua verrokkitutkittavaa. Tieto skitsofreniaan sairastumisesta hankittiin sairaaloiden poistoilmoitusrekisteristä vv. 1971–98 ja rikoksista Tilastokeskuksesta 1977–98. 28 vuoden kumulatiivinen sairastuvuus skitsofreniaan oli 1,6 % sekä indeksi- että verrokkikohortilla (riskisuhde RR 1.0; 95 %:n luottamusväli CI 0,8–1,4). Sekä miehistä että naisista indeksitutkittavat olivat tehneet useammin rikoksia kuin vertailuryhmä (miehillä RR 1,3; 1,2–1,4; naisilla RR 1,5; 1,2–2,0). Miehistä 12,1 % indeksitutkittavista ja vain 7,1 % vertailuryhmästä oli tehnyt väkivaltarikoksen (RR 1,7; 1,4–2,1). Pohjois-Suomen 1966 syntymäkohortin 12 058 lapsen äideiltä kysyttiin keskiraskauden aikana äitiysneuvolassa, kokivatko he mielialansa masentuneeksi. Tämän väestötason syntymäkohortin (siis lasten) tietoja hankittiin 31-vuotisseurannassa sairaaloiden poistoilmoitusrekisteristä vuosilta 1982–97 ja oikeusministeriön rikosrekisteristä vuoteen 1998. Skitsofreniaan sairastuneet jaettiin niihin, joiden 1. asteen sukulainen oli ollut / ei ollut ollut psykoottinen. Sairaalahoitoa vaatineen skitsofrenian kumulatiivinen sairastuvuus oli 1,3 % masentuneiden ja 0,9 % masentumattomien äitien lapsilla (RR 1,5; 0,9–2,4). Raskaudenaikaisen masentuneen mielialan esiintyvyys oli 35 % niiden skitsofreniapotilaiden äideillä, joilla oli ollut lähisuvussa psykoosia. Vastaavasti masentunutta mielialaa esiintyi 14 %:lla sekä niiden skitsofrenia-potilaiden äideistä, joilla ei ollut sukurasitusta, että muiden kohorttitutkittavien äideistä. Sekä masentuneiden äitien pojista että tyttäristä useampi oli tehnyt rikoksen kuin masentumattomien äitien lapset (miehillä vakioitu vedonlyöntisuhde OR 1,5; 1,2–1,9; naisilla OR 1,5; 0,8–3,0). Masentuneiden äitien pojista 6,5 % ja masentumattomien äitien pojista 3,2 % oli tehnyt väkivaltarikoksen (vakioitu OR 1,6; 1,1–2,4). Hyvin varhainen ero ja äidin masentunut mieliala raskauden aikana eivät todennäköisesti sinänsä lisää skitsofrenian vaaraa lapsilla, mutta näyttävät olevan yhteydessä lasten rikolliseen käyttäytymiseen, erityisesti väkivaltarikoksiin miehillä.