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 Cancer is the leading cause of death worldwide. Despite the significant research effort, underlying mechanisms of carcinogenic processes are still poorly understood. In recent decades, a group of extremely reactive oxygen metabolites, reactive oxygen species (ROS), have been linked closely to carcinogenesis. Levels of ROS are constantly controlled by antioxidants to ensure stable redox balance in our cells. An aberrant cellular redox balance is thought to be connected to carcinogenesis by inflicting damage to cellular macromolecules and disturbing normal cellular signalling. In this work, the role of ROS in carcinogenesis was studied by observing the ROS-derived DNA damage marker 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG) in breast cancer and endometriosis-associated ovarian cancer. This marker was also measured in connection with endometriosis and PCOS to study the early stages of the carcinogenic process. In addition, peroxiredoxin antioxidant enzymes were studied in endometriosis-associated ovarian cancer to explore their impact on the carcinogenic process and relationship with ROS-derived DNA damage. There seems to be a decreasing trend in the expression of 8-OHdG in the development of breast cancer and endometriosis-associated ovarian cancer. In breast cancer, low levels of 8-OHdG in serum and in tumour tissue were found to be associated with more aggressive disease. In endometriosis-associated ovarian cancer, 8-OHdG and Prx II expressions in tissue decreased with malignant transformation from benign endometriosis tissue to ovarian cancer. Patients with PCOS were found to have lower levels of 8-OHdG in serum compared with healthy controls and metformin treatment further decreased 8-OHdG levels in obese patients. These results, together with observations is previous studies indicate that in breast cancer and endometriosis-associated ovarian cancer, a high level of ROS-derived DNA damage could be significant factor in the initiation stage of carcinogenesis, whereas in later stages carcinomas benefit from lower ROS levels that support tumour growth and survival via cellular signalling. In endometriosis, there seem to be high amounts of ROS-derived DNA damage, which could explain the increased ovarian cancer risk, while in PCOS, aberrant ROS levels could contribute to the pathogenesis of the disease itself and also to possible cancer incidence by inducing abnormal cellular signalling. / Tiivistelmä Syöpä on nykyisin maailman yleisin kuolinsyy. Vaikka syöpätutkimukseen kohdistetaan maailmanlaajuisesti huomattavia resursseja, syövän kehittymisen perimmäinen syy on edelleen heikosti tunnettu. Yhä kasvavan todistusaineiston perusteella happiradikaalien epäillään liittyvän läheisesti syövän kehittymiseen. Nämä erittäin reaktiiviset hapen aineenvaihduntatuotteet ovat välttämättömiä solujemme normaalille toiminnalle, mutta liian suurina määrinä ne voivat vaurioittaa solun rakenteita ja häiritä solun normaalia viestintää. Solut sisältävät useita antioksidantteja, joiden tärkeimpänä tehtävänä on kontrolloida happiradikaalien määrää ja näin ylläpitää solun hapetus-pelkistys -tasapaino. Tässä väitöskirjatutkimuksessa tutkittiin happiradikaalien yhteyttä syövän kehittymiseen tarkastelemalla niiden aiheuttaman DNA-vaurion merkkiainetta, 8-hydroksideoksiguanosiinia (8-OHdG), rintasyövässä ja endometrioosiin liittyvässä munasarjasyövässä sekä peroksiredoksiiniperheen antioksidanttientsyymejä endometrioosiin liittyvässä munasarjasyövässä. 8-OHdG:n avulla selvitettiin myös munasarjojen monirakkulaoireyhtymän (PCOS) ja endometrioosin yhteyttä syövän kehittymiseen. Lisäksi tutkittiin metformiinin vaikutusta happiradikaalien aiheuttamaan DNA-vaurioon. Väitöskirjatutkimuksen tulosten perusteella 8-OHdG:n määrä vähentyy rintasyövän edetessä ja endometrioosiin liittyvän munasarjasyövän kehittyessä. Matalat 8-OHdG -tasot syöpäkudoksessa ja verinäytteissä ovat yhteydessä aggressiivisempaan taudinkuvaan rintasyövässä. Endometrioosiin liittyvässä munasarjasyövässä kudoksen ilmentämä 8-OHdG ja Prx II vähentyi asteittain siirryttäessä hyvänlaatuisesta endometrioosista munasarjasyöpään. Munasarjojen monirakkulaoireyhtymässä potilaiden verinäytteiden 8-OHdG -tasot olivat merkittävästi matalammat terveisiin verrokkeihin verrattuna. Korkeilla happiradikaalipitoisuuksilla ja niistä aiheutuvalla DNA-vauriolla on väitöskirjatutkimuksen tulosten perusteella tärkeä rooli syövän syntyvaiheessa, kun taas syövän myöhemmissä kehitysvaiheissa matalat happiradikaalipitoisuudet tukevat syövän kasvua ja selviytymistä soluviestinnän avulla. Endometrioosipotilaiden kohonnut munasarjasyöpäriski vaikuttaisi olevan seurausta runsaasta happiradikaalien aiheuttamasta DNA-vauriosta endometrioosikudoksessa. Munasarjojen monirakkulaoireyhtymässä poikkeavien happiradikaalitasojen aiheuttama puutteellinen soluviestintä liittyy mahdollisesti taudin patogeneesiin ja syöpäriskiin.